KR100233123B1 - 프렉탈 동영상 부호화 장치 및 방법 - Google Patents

프렉탈 동영상 부호화 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
동영상 부호화 장치 및 방법
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
프렉탈 부호화 기법을 이용하여 동영상 부호화함에 있어 동영상의 움직임 보상을 수행하는 장치 및 방법을 제공한다.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은 영상을 블럭별로 분할한 후, 프레임간의 순환 움직임 정보와 각 블럭의 DC 값들로 축소 변환을 구성하여, 복호기에서는 이 축소변환을 임의의 초기 영상들에 반복 적용하여 원 영상을 복원하는 알고리듬에 관한 것이다.
4. 발명의 중요한 용도
동영상 부호화

Description

프렉탈 동영상 부호화 장치 및 방법
제1도는 본 발명의 프렉탈 동영상 부호화 장치에서 부호기의 블럭 구성도.
제2도는 본 발명의 프렉탈 동영상 부호화 장치에서 복호기의 블럭 구성도.
제3도는 본 발명에 따른 순환 움직임 보상 부호화 방법을 보여주기 위한 도면.
제4도는 최적의 움직임 보상을 위해 해당 레인지 블럭 R로부터 -16~16(가로)×-16~16(세로) 만큼 떨어져 있는 모든 도메인 블럭을 탐색하는 영역을 보여 주는 도면.
본 발명은 디지탈 영상처리에 관한 것으로, 특히 프렉탈 부호화 기법을 이용하여 동영상 부호화함에 있어 동영상의 움직임 보상을 수행하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 동영상을 부호화하는 방법에는 동영상에서 연속되는 N개의 프레임(Frame)을 모아서 3차원 프레임을 구성한 후 3차원 프레임을 3차원 블럭들로 분할하여 각 3차원 블럭들에 대해 일반적인 프렉탈 부호화 방식을 적용하여 동영상을 부호화하는 방식이 사용되고 있다. 그러나 이러한 방식은 3차원 블럭에 대해 프렉탈 부호화가 적용되므로 구성이 복잡해지며, 또한 3차원 블럭화 현상에 따른 화질 열화가 발생된다.
상술한 바와 같은 종래의 동영상 부호화 방법은 동영상을 부호화활때 구성이 복잡하며, 블럭화 현상등 화질 열화가 심하다.
따라서 본 발명의 목적은 프렉탈 부호화 기법을 이용하여 동영상 부호화함에 있어 동영상의 움직임 보상을 수행하는 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 동영상 부호화에 있어 복원된 영상과 원 영상의 오차가 작게하는 부호화 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
상기한 목적에 따라, 본 발명은 각 프레임을 부호화하기 위하여, 첫 프레임은 n번째 프레임으로부터 움직임 보상을 하고, 나머지 프레임은 전 프레임으로부터 움직임 보상을 하는데 향한다.
본 발명에서 “프렉탈 동영상 부호화 장치” 함은 프렉탈 동영상 부호화 기법을 이용하여 순환 움직임 보상하는 부호기 및 복호기를 의미한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명에서는 각 프레임을 부호화하기 위하여, 첫 프레임은 n번째 프레임으로부터 움직임 보상을 하고, 나머지 프레임은 이전 프레임으로부터 움직임 보상을 수행하는 방법을 사용한다. 제3도에서는 이러한 순환 움직임 보상 부호화 방법을 보여주고 있다.
그리고 이렇게 순환적으로 움직임 보상된 정보는 복호기로 전달되는데, 부호기측에서 순환 움직임 보상을 축소 변환이 되도록 변수를 조절하므로, 이를 임의의 n프레임들에 반복 적용하여 근사된 영상을 얻을 수 있게 한다.
제1도는 프렉탈 동영상 부호화 기법을 이용하여 순환 움직임 보상하는 부호기를 보여주는 도면으로서, 동영상 저장부 2, 프레임 추출부 4, 블럭 분할 및 움직임 보상부 6으로 구성된다. 그리고, 제2도는 프렉탈 동영상 부호화 기법을 이용하여 순환 움직임 보상하는 복호기를 보여주는 도면으로서, 동영상 저장부 10, 움직임 보상 및 블럭 복원부 12로 구성된다.
지금 제1도 및 제3도를 참조하여 동영상 부호화 동작을 설명한다.
동영상이 인가되면, 제1도의 동영상 저장부 2는 동영상을 인가 받아 그룹단위로 분할하여 저장한다. 여기서 그룹단위의 동영상이란 부호화하고자 하는 n개의 동영상 프레임들을 의미한다. 프레임 추출부 4는 부호화하고자 하는 동영상 중에서 인접한 두개의 프레임을 동영상저장부 2에서 읽어 낸다. 예를 들면, 첫번째 프레임과 두번째 프레임(또는 n번째 프레임과 첫번째 프레임)을 읽어 낸다.
이때, 인접한 두개의 프레임 중 부호화하고자 하는 프레임을 fl라 정의하고, 프레임 부호화에 이용되는 프레임을 fj라 정의한다.
상기 부호화하고자 하는 프레임 fl가 현재의 프레임이라 할때 상기 프레임부호화에 이용되는 프레임 fj은 순환적으로 앞에 있는 프레임을 의미한다. 프레임 추출부 4는 부호화하고자 하는 프레임 fl과 프레임 부호화에 이용되는 프레임을 fj를 블럭 분할 및 움직임 보상부 6으로 출력한다.
블럭분할 및 움직임 보상부 6은 프레임 fl를 부호화하기 위하여 프레임을 fj을 이용하여 움직임 보상을 한다. 상기 움직임보상을 위하여 가변 크기 블럭을 이용한다. 즉 fi를 N×N크기의 블럭들로 분할하고, 각각의 N×N블럭에 대해 움직임을 보상을 수행하여 움직임 보상된 에러값이 미리 정한 문턱보다 작을때까지 N×N블럭을 계속 분할한다. 이때 움직임 보상의 대상이 되는 블럭은 레인지 블럭(range block) R이다. 움직임 보상 및 블럭 분할은 하기와 같이 수행된다.
우선 프레임 fl를 32×32 크기의 블럭들로 분할하여 32×32크기의 블럭에 대해서 움직임 보상을 하고, 그 움직임 보상된 에러가 미리 정한 문턱값을 넘으면, 4개의 작은 16×16 크기의 블럭으로 나누어 움직임 보상을 한다. 마찬가지로 16×16 크기의 움직임 보상이 문턱값을 넘으면 4개의 8×8 크기의 블럭으로 재분할한다. 8×8 블럭에 대해서도 똑같은 움직임 보상 및 블럭분할 과정을 수행한다.
이렇게 하여 생성된 가변크기의 블럭분할 정보는 부호화되어 복호기측으로 전달된다. 상기 블럭분할 정보를 부호화하기 위하여 본 발명에서는 쿼드트리(quadtree) 부호화 기법을 사용한다.
부호화하고자 하는 프레임 fl의 각 레인지 블럭 R의 움직임 보상을 위하여 순환적으로 앞에 있는 프레임 fj에서 추출된 도메인 블럭(domain block)을 D라 하면, 움직임 보상은 다음과 같이 나타낼 수 있다. 하기 식(1)에서는 레인지 블럭 R에 대한 움직임 보상값이다.
여기서, o는 레인지 블럭 R의 밝기값의 평균값(DC정보임)을 나타내는 상수 이고, C는 모든 화소값이 1인 상수 블럭이다. 또한 O(D)는 도메인 블럭을 상수 블럭으로 이루어진 부분공간에 정사영하여 상수블럭과 도메인 블럭을 서로 직교하게 만드는 연산(AC정보에 대한 연산) 이다. 이 연산은 하기 식(2)와 같이 이루어진다.
여기서 〈A,B〉는 A와 B의 내적을 의미한다.
이와 같은 연산을 해당 레인지 블럭 R로부터 -16~16(가로)×-16~16(세로) 만큼 떨어져 있는 모든 도메인 블럭에 수행하여, 최적의 움직임 보상을 하는 도메인 블럭을 순환적으로 앞에 있는 프레임 fj에서 선택한다.
이와같이 움직임 보상을 할때, 정보를 DC정보와 AC정보로 나누어 움직임 보상을 AC정보에 대해서 수행하고, 상기한 움직임 보상하는 식(1)에서처럼 0.9를 직교화된 (AC정보만을 가지고 있는) 도메인 블럭에 곱하면, 전체적인 순환 움직임 보상이 축소변환된다.
제4도에서는 최적의 움직임 보상을 위해 해당 레인지 블럭 R로부터 -16~16(가로)×-16~16(세로) 만큼 떨어져 있는 모든 도메인 블럭을 탐색하는 영역을 보여주고 있다. 이렇게 하여 상기 도메인 블럭을 선택하면 블럭분할 및 움직임 보상부 6은 도메인 블럭의 위치값 및 각 레인지 블럭의 평균값(DC정보) 즉, o를 복호기측에 보낸다. 그리고 상기 블럭분할 및 움직임 보상부 6은 부호화하고자 하는 프레임 fl가 상기한 바와 같은 과정에 의하여 움직임 보상된 프레임를 동영상 저장부 2로 다시 저장한다.
제3도는 본 발명에 따른 순환 움직임 보상 부호화 방법을 보여주기 위한 도면이다. 제3도를 참조하면, 상기 부호화하고자 하는 프레임을 fl가 첫번째 프레임 f0이었고 프레임 부호화에 이용되는 프레임을 fj를 n번째 프레임 fn이었으면, 첫번째 프레임 f0은 n번째 프레임 fn을 사용하여 움직임 보상이 된 것이다. 그후에 두번째 프레임 f1은 첫째 프레임 f0에서 움직임 보상을 하는 대신에, 움직임 보상이된 첫째 프레임 f0에서 도메인 블럭을 찾아 움직임 보상을 한다. 마찬가지로, 세번째 프레임 f2도 움직임 보상된 둘째 프레임 f1을 사용하여 움직임 보상을 하고, 이와같은 과정을 n번째 프레임까지 반복한다.
이와같이 움직임 보상된 프레임을 원 영상 대신에 다음 프레임의 움직임 보상에 사용하면, 부호기 측에서 복원된 영상과 원 영상의 오차가 작게된다.
따라서, 부호기 측에서는 움직임 보상에 사용된 도메인 블럭의 위치(움직임 벡터)와 블럭분할 정보 즉, 쿼드트리(quadtree) 정보 그리고 각 레인지를 블럭의 DC 값, 즉 o계수 만을 복호기 측에 보내면, 복호기에서는 이와같은 움직임 보상을 임의의 n-프레임에 반복하면 근사된 원 영상을 얻게된다.
제2도를 참조하면, 복호기는 동영상 저장부 10에서 임의의 프레임을 읽어 움직임 보상 및 블럭 복원부 12로 보내고, 부호기측에서 보내진 도메인 블럭의 위치(움직임 벡터)와 블럭분할 정보 그리고 각 레인지 블럭의 평균값을 움직임 보상 및 블럭 복원부 12를 보내면, 움직임 보상 및 블럭 복원부 12는 임의의 프레임에 대해 움직임 보상 및 블럭 복원을 수행한다. 움직임 보상 및 블럭 복원된 프레임은 다시 동영상 저장부 10에 저장되는데, 이와같은 움직임 보상을 임의의 n-프레임에 반복하면 근사된 원 영상을 얻게된다.
본 발명의 실시예는 하기와 같은 방법으로도 실시될 수 있으며, 이는 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명하여 진다.
[타실시예의 설명]
· 움직임 벡터(도메인 블럭의 위치)의 예측 부호화
· 레인지 블럭의 DC 값의 효율적인 부호화 (DCT나 예측 부호화(predictive coding))
· 가변블럭크기를 사용함에 있어서 최대블럭의 크기를 32×32 이상으로 할수도 있음
· 가변적인 n 크기의 결정 → 움직임이 많은 곳은 프레임을 나누는 단위인 n을 작게하고, 반대로 움직임이 많은 곳은 n을 크게 한다.
· 가변 블럭 크기를 사용하기 위하여 퀴드트리 구조(quadtree structure) 대신에 다른 방법을 사용할 수도 있음.
상술한 바와 같이 본 발명에서는 기존의 움직임 보상/변환 부호화에서 AC정보를 줄이기 위하여, AC정보없이 영상을 부호화하는 기법을 제안하였다. 즉 각 프레임간에 존재하는 시간적인 상호관계를 이용하여, 움직임 보상을 순환적으로 하게 하고, 그 순환 움직임 보상을 축소 변환으로 만들어, 복호기 측에서 각 블럭의 DC 정보와 도메인 블럭 위치값 및 블럭분할정보만으로 근사된 영상을 구하는 알고리듬을 제안하였다. 따라서, 본 발명은 높은 압축율이 필요한 동영상 부호화에 응용될 수 있다.

Claims (6)

  1. 동영상 부호화 방법에 있어서, 상기 동영상을 n개의 프레임별로 분할하고 부호화하고자 하는 제1프레임과 상기 제1프레임에 순환적으로 앞 프레임에 있으며 상기 프레임 부호화에 이용되는 제2 프레임을 추출하는 제1과정과, 상기 제1프레임의 소정 레인지 블럭이 상기 제2 프레임의 도메인 블럭에 대해 움직임 보상된 에러가 미리 정한 문턱값보다 작을때까지 움직임 보상 및 상기 레인지 블럭 재분할을 수행하는 제2과정과, 상기 제2과정에서의 움직임 보상 및 레인지 블럭 재분할이 완료되면 완료시의 도메인 블럭의 위치값, 레인지 블럭 분할정보와 레인지 블럭의 밝기 평균값의 정보를 출력하는 제3과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2과정에서는 움직임 보상을 위하여, 상기 해당 레인지 블럭을 레인지 블럭의 밝기 평균값의 정보와 AC정보로 나눈 후에, 상기 AC정보만을 블럭 매칭 알고리듬을 사용하고 상기 알고리듬의 변수를 조정하여 순환 움직임 보상이 축소 변환되도록 함을 특징으로 하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 움직임 보상은 하기의 식을 이용하여 이루어짐을 특징으로 하는 방법.
    여기서, R : 레인지 블럭 D : 도메인 블럭
    : 레인지 블럭 R에 대한 움직임 보상값
    o : 레인지 블럭 R의 밝기값의 평균값(DC정보임)
    C : 모든 화소값이 1인 상수 블럭
    〈D,C〉는 D와 C의 내적
  4. 제1항에 있어서, 상기 제2과정의 움직임 보상은, 프레임의 첫째 장을 프레임의 마지막 장으로부터 움직임 보상을 하고, 프레임의 둘째장부터 n번째장까지는 앞에서 움직임 보상된 프레임으로부터 움직임 보상을 수행함을 특징으로 하는 방법.
  5. 동영상 부호화 장치에 있어서, 상기 동영상을 n개의 프레임별로 분할하여 저장하는 동영상 저장수단과, 상기 저장된 동영상에서 부호화하고자 하는 제1프레임과 상기 제1프레임에 순환적으로 앞 프레임에 있으며 상기 프레임 부호화에 이용되는 제2 프레임을 추출하여 출력하는 프레임 추출수단과, 상기 제1프레임의 소정 레인지 블럭이 상기 제2 프레임의 도메인 블럭에 대해 움직임 보상된 에러가 미리 정한 문턱값을 넘을때 까지 움직임 보상 및 상기 레인지 블럭 재분할을 수행하여 움직임 보상 및 레인지 블럭 재분할이 완료될때의 도메인 블럭의 위치값, 레인지 블럭 분할정보와 레인지 블럭의 밝기 평균값의 정보를 출력하고 움직임 보상된 제1프레임을 상기 동영상 저장수단에 다시 저장하는 움직임 보상 및 블럭 복원수단으로 구성함을 특징으로 하는 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 움직임 보상 및 블럭 복원수단이 수행하는 움직임 보상은 하기의 식이 이용되어 이루어 짐을 특징으로 하는 장치.
    여기서, R : 레인지 블럭 D : 도메인 블럭
    : 레인지 블럭 R에 대한 움직임 보상값
    o : 레인지 블럭 R의 밝기값의 평균값(DC정보임)
    C : 모든 화소값이 1인 상수 블럭
    〈D,C〉는 D와 C의 내적
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