KR100233260B1 - 장면 전환시의 비트 할당 방법 - Google Patents

장면 전환시의 비트 할당 방법 Download PDF

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본 발명은 장면 전환시의 비트 할당 방법에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은 화면 단위로 부호화에 사용할 비트를 계산한 다음 장면 전환 정보를 이용하여 부호화 성능을 개선시키고자 함.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은 부호화하는 화면의 순서로 각 화면의 비트 할당량을 계산하는 제 1 단계; P화면에서 장면 전환이 발생한 경우에, P화면의 비트 할당량을 증가시키는 제 2 단계; 현재 장면 전환이 발생되지 않은 B화면이 이전의 P화면이나 I화면에서 장면 전환이 발생한 경우에, B화면의 비트 할당량을 감소시키는 제 3 단계; 및 현재 장면 전환이 발생되지 않은 B화면이 이전 이전의 P화면이나 I화면에서 장면 전환이 발생한 경우에, B화면의 비트 할당량을 감소시키는 제 4 단계를 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 양방향 예측 화면(B)을 포함하는 동영상 부호화 방식 등에 이용됨.

Description

장면 전환시의 비트 할당 방법{METHOD OF ALLOCATING BIT AT SCENE CHANGE}
본 발명은 영상시스템에서 장면 전환시의 예측(P:Predictive-coded) 및 양방향 예측(B : Bidirectionally Predictive-coded) 화면의 비트 할당 방법에 관한 것으로, 특히 동영상 부호화 방식의 하나인 엠펙(MPEG : Moving Picture Experts Group) 비디오 부호화 방식에 있어서 일정한 화질을 유지하기 위해 사용되는 비트율 제어 방식중 장면 전환이 발생하는 경우를 고려하여 부가적인 화면의 지연없이 비트율 제어를 수행함으로써, 장면 전환시에 부호화 성능을 향상시킬 수 있도록 한 비트 할당 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 동영상을 부호화하는데 있어서 일정한 화질을 유지하기 위해서는 화면의 특성에 따라 부호기에서 발생시키는 비트량이 가변되는데, 부호기가 제한된 전송 채널을 통하여 동영상 부호화 데이터를 일정하게 출력하는 동시에 적정한 화질을 유지하기 위해서는 비트율 제어 방식이 필수적이다.
이러한 비트율을 제어하는 일반적인 방식에 대해 살펴보면 다음과 같다.
도 1 은 일반적인 비트율 제어 장치의 구성 예시도로서, 도면에서 "11"은 영상 입력부, "12"는 부호화부, "13"은 버퍼부, 및 "14"는 비트율 제어부를 각각 나타낸다.
도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 비트율 제어 장치는 영상 입력부(11)로부터 영상이 입력되면 부호화부(12)에서 입력된 영상을 부호화하고, 버퍼부(13)에서는 부호화된 값을 저장하였다가 일정한 비트율로 부호화된 비트열을 외부로 출력한다. 이때, 버퍼부(13)로부터 출력되는 비트량을 일정하게 유지하기 위해서는 비트율 제어부(14)가 버퍼부(13)의 버퍼 상태를 이용하여 부호화부(12)의 발생 비트량을 조절하게 된다.
따라서, 비트율 제어부(14)에서 수행되는 비디오 부호화에 있어 가장 널리 알려진 기존의 비트율 제어 방법은 이미 공지의 사항인 ISO/IEC JTC1/SC29/WG11 MPEG-2 TM(Test Model)에서 제시한 방법으로서, 이 방식은 주로 도 2에서 보는 바와 같이 동작한다.
도 2 는 일반적인 비트율 제어 방법에 대한 흐름도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 일반적인 비트율 제어 방법은, 비트율 제어부(14)가 부호화하려는 동영상의 임의 개수의 화면들, 즉 화면군(GOP : group of pictures) 단위로 제한된 전송률에 맞추어 사용 가능한 비트량을 계산한 후에(201,202), 각 화면마다 영상 특성을 고려하여 화면의 종류에 따라 부호화하는 화면의 순서로 각 화면에 비트 할당량을 계산한다(203,204).
이후, 화면에 대한 비트 할당값을 부호화 블럭수로 나눈값과 실제로 부호화 블럭을 부호화하면서 발생한 비트량을 이용하여 가상 버퍼 충만도를 계산한다(205,206).
다음으로, 계산된 가상 버퍼 충만도를 이용하여 부호화 블럭별로 양자화 파라미터를 계산하고(207), 이 값을 부호화부(12)로 전달하여(208), 발생하는 비트량을 조절한다.
상기한 바와 같은 일반적인 비트율 제어 방식은 비트율 제어를 화면군(GOP) 단위, 화면(Picture) 단위, 부호화블럭(Macroblock) 단위로 3단계의 계층적인 비트율 제어를 수행하여, 이전의 화면과 비슷한 화면이 연속되어 입력되는 경우의 부호화시에는 우수한 성능을 가지나, 화면의 성질이 완전히 바뀌는 경우(즉, 장면 전환이 발생하는 경우)에는 화질이 심하게 떨어지는 문제점이 있었다.
따라서, 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 영상시스템에서 화면의 장면 전환시에 화면 단위로 부호화에 사용할 비트(즉, 화면단위 할당 비트)를 계산한 후에 장면 전환 정보를 이용하여 계산된 화면단위 할당 비트를 일정 비율로 증가시키거나 감소시킴으로써, 장면 전환시에 부호화 성능을 향상시키기 위한 비트 할당 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1 은 일반적인 비트율 제어 장치의 구성 예시도,
도 2 는 일반적인 비트율 제어 방법에 대한 흐름도,
도 3 은 본 발명에 따른 장면 전환시의 비트 할당 방법에 대한 일실시예 흐름도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
11 : 영상 입력부 12 : 부호화부
13 : 버퍼부 14 : 비트율 제어부
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 영상시스템에 적용되는 장면 전환시의 비트 할당 방법에 있어서, 부호화하려는 동영상의 화면들 단위로 제한된 전송률에 맞추어 사용 가능한 비트량을 계산하고, 화면의 종류에 따라 부호화하는 화면의 순서로 각 화면의 비트 할당량을 계산하는 제 1 단계; 예측(P) 화면에서 장면 전환이 발생한 경우에, 상기 계산된 각 화면의 비트 할당량중 예측(P) 화면의 비트 할당량을 증가시키는 제 2 단계; 현재 장면 전환이 발생되지 않은 양방향 예측(B) 화면이 이전의 예측(P) 화면이나 인트라(I) 화면에서 장면 전환이 발생한 경우에, 상기 계산된 각 화면의 비트 할당량중 양방향 예측(B) 화면의 비트 할당량을 감소시키는 제 3 단계; 및 현재 장면 전환이 발생되지 않은 양방향 예측(B) 화면이 이전 이전의 예측(P) 화면이나 인트라(I) 화면에서 장면 전환이 발생한 경우에, 상기 계산된 각 화면의 비트 할당량중 양방향 예측(B) 화면의 비트 할당량을 감소시키는 제 4 단계를 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 3 은 본 발명에 따른 장면 전환시의 비트 할당 방법에 대한 일실시예 흐름도로서, 도 2의 공지된 비트율 제어 방식중 각 화면에 비트 할당량을 계산하는 과정(204)을 달리한다.
본 발명은 동영상 부호화 방식의 하나인 MPEG 비디오 부호화 방식에 있어서 일정한 화질을 유지하기 위해 사용되는 비트율 제어 방식중 장면 전환이 발생하는 경우를 고려하여 부가적인 화면의 지연없이 비트율 제어를 수행하는 것이다. 따라서, 본 발명은 양방향(B) 화면을 포함하는 비디오 부호화의 비트율 제어 방식에 사용되며, 장면 전환이 발생하면 화면을 부호화하기 위한 비트수를 증가 또는 감소시킴으로써 부호화 성능을 향상시킬 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 장면 전환시의 비트 할당 방법은, 먼저 도 2의 화면 시작 여부를 판단하는 과정(203)에서 화면의 시작인 경우에 그 화면의 비트량을 추정함으로써 각 화면마다 영상 특성을 고려하여 화면의 종류에 따라 부호화하는 화면의 순서로 각 화면에 비트 할당량을 계산한 후에(301), 이를 그대로 이용하지 않고 우선 장면 전환이 발생됐는지를 분석한다(302).
분석결과, 장면 전환이 발생한 경우에, 이러한 장면 전환이 예측(P) 화면에 대해 발생한 경우이면(303), 이미 계산된 값을 일정 비율로 증가시킨다(304). 즉, 장면 전환이 발생한 P 화면의 비트 할당량을 증가시킨다. 만약, 장면 전환이 발생되지 않은 양방향 예측(B) 화면이면(305), 이전의 예측(P) 화면 또는 인트라(Intra) 화면에서 장면 전환이 발생했는지를 판단한다(306).
판단결과, 이전의 예측(P) 화면 또는 인트라(I) 화면에서 장면 전환이 발생했으면, 상기 계산된 화면의 비트량을 일정 비율로 감소시킨다(307). 즉, 이전의 P 또는 I 화면에서 장면 전환이 발생한 경우에 B 화면의 비트 할당량을 감소시킨다.
판단결과, 이전의 예측(P) 화면 또는 인트라(I) 화면에서 장면 전환이 발생되지 않았으면, 이전 이전의 예측(P) 또는 인트라(I) 화면에서 장면 전환이 발생되었는지를 검사한다(308).
검사결과, 이전 이전의 예측(P) 또는 인트라(I) 화면에서 장면 전환이 발생했으면, 상기 계산된 화면의 비트량을 일정 비율로 감소시킨다(309). 즉, 이전 이전의 P 또는 I 화면에서 장면 전환이 발생한 경우에 B 화면의 비트 할당량을 감소시킨다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 장면 전환시의 비트 할당 방법을 실시예를 통해 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
예를 들면, 입력화면이, "I1, B2, B3, P4, B5, B6, P7, B8, B9, P10, B11, B12, I13, B14, B15, P16, B17, B18, P19, B20, ......"인 경우에, 부호화 순서는 "I1, P4, B2, B3, P7, B5, B6, P10, B8, B9, I13, B11, B12, P16, B14, B15, P19, B17, B18, P22, ......"이다. 이때, 만일 P7에서 장면 전환이 발생하면, 기존의 화면 단위의 비트 할당 방법을 이용하여 구한 값을 Tp7' 이라 할 때, 본 발명에 의한 최종 화면 단위의 비트 할당 값(Tp7)을 수학식으로 표현하면, (수학식 1)과 같다.
한편, B5와 B6은 이전의 예측(P) 화면에서 장면 전환이 발생하였기 때문에 하기의 (수학식2) 및 (수학식3)에 의하여 화면 단위의 비트 할당값이 수정되며, B8 및 B9는 이전 이전의 예측(P) 화면에서 장면 전환이 발생하였기 때문에 하기의 (수학식4) 및 (수학식5)에 의하여 화면 단위의 비트 할당값이 수정된다.
상기의 수학식에서 a, b1, b2는 장면 전환시 기존의 방법으로 구한 화면 단위의 비트 할당값을 증가 또는 감소시키기 위한 0 또는 양의 상수이다.
이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로, 전술한 실시예 및 도면에 한정되는 것이 아니다.
상기한 바와 같은 본 발명은, 이전의 화면과 상이한 화면이 입력되는 경우(화면의 성질이 완전히 바뀌는 경우), 즉 장면 전환시에 부호화 성능을 향상시킴으로써 화질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 비디오 부호화 과정에서 양방향 예측(B) 화면을 포함하는 경우에 별도의 화면 지연없이 장면 전환 정보만을 이용하므로 구현이 용이한 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 영상시스템에 적용되는 장면 전환시의 비트 할당 방법에 있어서,
    부호화하려는 동영상의 화면들 단위로 제한된 전송률에 맞추어 사용 가능한 비트량을 계산하고, 화면의 종류에 따라 부호화하는 화면의 순서로 각 화면의 비트 할당량을 계산하는 제 1 단계;
    예측(P) 화면에서 장면 전환이 발생한 경우에, 상기 계산된 각 화면의 비트 할당량중 예측(P) 화면의 비트 할당량을 증가시키는 제 2 단계;
    현재 장면 전환이 발생되지 않은 양방향 예측(B) 화면이 이전의 예측(P) 화면이나 인트라(I) 화면에서 장면 전환이 발생한 경우에, 상기 계산된 각 화면의 비트 할당량중 양방향 예측(B) 화면의 비트 할당량을 감소시키는 제 3 단계; 및
    현재 장면 전환이 발생되지 않은 양방향 예측(B) 화면이 이전 이전의 예측(P) 화면이나 인트라(I) 화면에서 장면 전환이 발생한 경우에, 상기 계산된 각 화면의 비트 할당량중 양방향 예측(B) 화면의 비트 할당량을 감소시키는 제 4 단계
    를 포함하여 이루어진 장면 전환시의 비트 할당 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 단계는,
    입력화면이 "I1, B2, B3, P4, B5, B6, P7, B8, B9, P10, B11, B12, I13, B14, B15, P16, B17, B18, P19, B20, ......"인 경우에, 부호화 순서가 "I1, P4, B2, B3, P7, B5, B6, P10, B8, B9, I13, B11, B12, P16, B14, B15, P19, B17, B18, P22, ......"일 때, 제7번째 예측(P7) 화면에서 장면 전환이 발생하여 상기 제 1 단계에서 계산된 비트 할당량을로 가정하면, 최종 화면 단위의 비트 할당값(Tp7)이 하기의 수학식에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 장면 전환시의 비트 할당 방법.
    (단, a는 0 또는 양의 상수임)
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 3 단계는,
    제5번째 양방향 예측(B5) 및 제6번째 양방향 예측(B6) 화면이 이전의 예측(P) 화면에서 장면 전환이 발생하였기 때문에, 하기의 수학식들에 의하여 화면 단위의 비트 할당값이 수정되는 것을 특징으로 하는 장면 전환시의 비트 할당 방법.
    (단, b는 0 또는 양의 상수임)
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 4 단계는,
    제8번째 양방향 예측(B8) 및 제9번째 양방향 예측(B7) 화면이 이전 이전의 예측 화면에서 장면 전환이 발생하였기 때문에, 화면 단위의 비트 할당값이 하기의 수학식들에 의하여 수정되는 것을 특징으로 하는 장면 전환시의 비트 할당 방법.
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