KR100234247B1 - Apparatus for encoding moving picture of variable bit rate - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가변 비트율 동화상 부호화장치에 관한 것으로서, 기존의 MPEG2 동화상 부호화장치의 구성요소에 이전 GOP까지 부호화된 데이타의 전체비트량 및 부호화된 비트스트림을 기록하고자 하는 디스크 한장의 용량과, 디스크 한장의 원하는 총 기록시간 및 이전 GOP까지 부호화된 동화상 데이타의 부호화 소요시간과, 현재 부호화하고자 하는 GOP의 액티비티 추정량으로부터 GOP당 목표 전송 비트량을 구하여 상기 버퍼의 전송비트율을 제어하기 위한 목표레이트 설정기를 더 구비한다. 따라서, CD 등의 저장매체에 원하는 시간 분량의 동화상 데이타를 부호화하여 기록할 수 있고, 전체 화실의 향상 및 화질의 균등화를 구현할 수 있다. 또한, 프리 코딩업이 GOP의 액티비티를 반영하는 가변 비트율을 결정할수 있으므로 실시간 가변 비트율 동화상 부호화장치를 구현할 수 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a variable bit rate video encoding apparatus, comprising: the capacity of one disc and the capacity of one disc to record the encoded bitstream and the total bit amount of data encoded up to a previous GOP in a component of a conventional MPEG2 video encoding apparatus. And a target rate setter for controlling the transmission bit rate of the buffer by obtaining a target transmission bit rate per GOP from the desired total recording time and the encoding time of the video data encoded up to the previous GOP and the activity estimation amount of the GOP to be currently encoded. do. Therefore, it is possible to encode and record moving picture data of a desired amount of time on a storage medium such as a CD, and to realize an improvement in the total picture room and equalization of image quality. In addition, since the pre-coding can determine the variable bit rate reflecting the activity of the GOP, it is possible to implement a real-time variable bit rate video encoding apparatus.

Description

가변 비트율 동화상 부호화장치Variable bit rate video encoding device

제1도는 종래의 고정 비트율 MPEG-2 동화상 부호화장치를 나타낸 블럭도.1 is a block diagram showing a conventional fixed bit rate MPEG-2 video encoding apparatus.

제2도는 종래의 가변 비트율 MPEG-2 동화상 부호화장치를 나타낸 블럭도.2 is a block diagram showing a conventional variable bit rate MPEG-2 video encoding apparatus.

제3도는 본 발명에 의한 가변 비트율 동화상 부호화장치를 나타낸 블럭도.3 is a block diagram showing a variable bit rate video encoding apparatus according to the present invention;

제4도는 MPEG-2 동화상 데이타의 계층적 구조를 나타낸 도면.4 is a diagram showing a hierarchical structure of MPEG-2 moving picture data.

본 발명은 MPEG(Moving Picture Experts Group) 신택스(syntax)를 사용하여 디스크 등의 저장매체에 동화상 데이타를 기록하기 위한 동화상 부호화장치에 관한 것으로서, 특히 디스크 용량과 재생시간을 고려하면서 고능률, 고화질을 구현할 수 있는 가변 비트율 동화상 부호화장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a moving picture encoding apparatus for recording moving picture data on a storage medium such as a disc using MPEG (Moving Picture Experts Group) syntax. A variable bit rate video encoding apparatus that can be implemented.

현재 광범위하게 사용되고 있는 화상정보의 저장 혹은 전송시스템은 아날로그 방식으로서, 이 아날로그 방식을 디지탈 방식으로 전환할 경우 화질, 신뢰성 및 데이타처리의 용이성 등에 보다 우수한 성능을 얻을 수 있어 이에 대한 활발한 연구가 진행되고 있다. 이러한 화상정보의 디지탈 처리기술 HDTV, DVCR, 화상회의 시스템 등에 적용되고 있으며, 앞으로 그 응용범위가 더욱 확대될 전망이다.Currently, the image information storage or transmission system widely used is an analog method. When the analog method is converted to a digital method, better performance can be obtained such as image quality, reliability, and ease of data processing. have. Such digital information processing technology has been applied to HDTV, DVCR, video conferencing system, etc., and its application range is expected to be further expanded in the future.

그러나, 디지탈 방식의 화상처리시스템은 아날로그 방식에 비해 그 정보량이 매우 방대해 지기 때문에 전송채널 및 저장매체의 효율적인 사용을 위해 정보량을 감축하여야 하고, 따라서 현재 MPEG을 중심으로 동화상 부호화방식에 대한 국제 표준화 작업이 활발히 진행중이다.However, the digital image processing system has a much larger amount of information than the analog method. Therefore, the digital image processing system has to reduce the amount of information for efficient use of the transmission channel and the storage medium. This is actively underway.

한편, 화상신호의 일반적인 압축기법은 화상정보가 가지고 있는 공간적, 시간적 상관관계를 이용하여 잉여정보를 제거하고, 이를 가변장부호화함으로써 효과적으로 수행될 수 있다. 그중 대표적인 압축기법은 제1도에 도시된 울직임 보상형 이산여현변환(Motion Compensated DCT)을 이용한 엔트로피 부호화방식로서, 동화상 부호화의 국제 표준화작업을 진행하고 있는 MPEG 등에서 이미 이를 채택하고 있다.On the other hand, the general compression method of the image signal can be effectively carried out by removing the surplus information by using the spatial and temporal correlation of the image information, and variable length encoding. A representative compressor method is an entropy coding method using a motion compensated discrete cosine transform (Motion Compensated DCT) shown in FIG. 1, and has already been adopted by MPEG, which is in the international standardization of moving picture coding.

제1도에 도시된 고정 비트율 동화상 부호화 장치에 채용된 DC를 이용한 화상부호화의 장점은, 변환을 통한 화상신호의 에너지가 저주파부분에 집중되어 있으므로 저주파부분을 보다 충실히 부호화함으로써 적은 비트량으로 원래의 화상신호가 가지고 있는 정보를 충실히 표현할 수 있는 것이다. 또한, 가변장 부호화는 화상정보가 가지고 있는 확률밀도를 참조하여 주어진 코드워드를 가변적으로 할당하여 그 가변길이의 코드워드를 전송하는 방법으로서, 처리해야 하는 화상정보들이 주파수 영역상에 불균일하게 분포해 있을때 적합하다. 따라서 불균일한 화상정보들이 분포되어 있는 동화상신호를 충분히 표현하기 위한 압축기법으로는 DCT 변환 부호화를 통한 가변장 부호화기법이라고 할 수 있다.The advantage of image encoding using DC employed in the fixed bit rate video encoding apparatus shown in FIG. 1 is that the energy of the image signal through the conversion is concentrated in the low frequency portion, so that the low frequency portion is faithfully encoded to reduce the The information contained in the image signal can be faithfully expressed. In addition, variable length coding is a method of variably allocating a given codeword with reference to the probability density of the image information and transmitting the codeword of the variable length. The image information to be processed is unevenly distributed in the frequency domain. Suitable when there is Therefore, a compression method for sufficiently expressing a moving picture signal in which non-uniform image information is distributed may be referred to as a variable length coding method through DCT transform coding.

그러나, DCT 변환 후의 화상정보는 일반적으로 원래의 신호에 비해 분산값은 작아지지만 동적범위는 커지기 때문에 변환계수들을 유한갯수의 부호들로 표현하는 양자화과정을 수행해야 한다. 즉, 양자화과정은 주어진 가변장 부호책(codebook) 내의 부호로 DCT 변환된 화상데이타를 근사화시키는 과정이라고 볼 수 있다. 따라서 이러한 양자화과정을 통해 정보 왜곡에 의한 화질열화가 발생하게 된다.However, since the image information after DCT conversion is generally smaller in variance than the original signal, but the dynamic range is increased, the quantization process of expressing transform coefficients with a finite number of codes must be performed. That is, the quantization process may be regarded as a process of approximating the DCT-converted image data to a code in a given variable-length codebook. Therefore, image quality deterioration due to information distortion occurs through this quantization process.

또한, 가변장 부호화하어 압축된 화상정보들을 고정비트율로 저장 혹은 전송해야 하는 경우, 가변장 부호화의 특성상 가변적으로 발생하는 부호화 정보들을 단위시간당 일정하게 조정해야 하므로 버퍼를 설치하고, 전방 혹은 후방, 비트율 제어를 통해 정보산출량을 조절해야 하는데, 이는 양자화 스텝 사이즈의 조절을 통해 구현된다.In addition, in the case of storing or transmitting the image information compressed by variable length encoding at a fixed bit rate, the variable information generated by the variable length encoding needs to be constantly adjusted per unit time. The amount of information output must be adjusted through control, which is implemented by adjusting the quantization step size.

즉, 제1도에 도시된 종래의 고정 비드율 동화상 부호화장치에는 입력화상의 특성과 채널 버퍼를 어느 정도 고려한 비트율 제어를 제안하고 있으나 실제 입력화상의 특성과는 무관하게 단위시간당 일정한 비트량으로 부호화되므로 디코딩된 화질의 불균형을 초래할 수 있으며, CD 등의 저장 매체에 영화 1편 이상의 동화상 데이타를 수록 하기 위한 전송 비트율의 일률적인 저감으로 인해 화질이 저하될 수 있다.That is, although the conventional fixed bead rate video encoding apparatus shown in FIG. 1 proposes bit rate control considering the characteristics of the input image and the channel buffer to some extent, encoding with a constant bit amount per unit time regardless of the characteristics of the actual input image. This may cause an imbalance in the decoded picture quality, and the picture quality may be degraded due to a uniform reduction in the transmission bit rate for recording moving picture data of one or more movies in a storage medium such as a CD.

이러한 문제점을 개선하기 위해 최근에는 제2도에서와 같이 가변비트율 동화상 부호화방식을 채택하고 있으나, 이러한 방식 또한 디스크 용량에 대한 부호화 비트량을 고려하지 않음으로써 CD 크기의 고밀도 광디스크에 항상 일정시간 이상의 부호화된 동화상 데이타를 수록할 수 있다는 보장이 없으며, 또한 각 GOP(Group Of Picture)당 기변 비트율을 할당하기 위해 각 GOP당 두번의 부호화 과정을 수행해야 하므로 하드웨어의 복잡도가 증가할 뿐 아니라 실시간 구현이 어려운 문제가 있다.Recently, a variable bit rate video encoding scheme has been adopted to improve such a problem. However, this scheme also does not take into account the encoding bit amount for the disc capacity. There is no guarantee that recorded video data can be recorded, and two encoding processes must be performed for each GOP to allocate variable bit rate for each group of pictures, which increases the complexity of the hardware and makes it difficult to implement in real time. there is a problem.

따라서 본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 가변 비트율이 디스크 한장의 용량 및 기록하고자 하는 동화상의 목표시간과, 부호화하고자 하는 GOP 이전까지 발생된 데이타량 및 시간과, GOP의 액티비티를 고려하여 결정되는 가변 비트율 동화상 부호화장치를 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to consider the capacity of a single disk, the target time of a moving picture to be recorded, the amount and time of data generated before the GOP to be encoded, and the activities of the GOP. The present invention provides a variable bit rate video encoding apparatus that is determined.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 가변 비트율 동화상 부호화장치는 입력되는 소스화상을 부호화모드에 따라 필드 단위 혹은 프레임 단위로 저장하기 위한 제1필드/프레임 메모리 ; 상기 제1필드/프레임 메모리로부터 출력되는 현재화상신호와 움직임 보상된 이전화상신호의 차화상신호를 이산여현변환하기 위한 이산여현변환기 ; 상기 이산여현변환기의 출력신호를 소정의 양자화 스텝사이즈로 양자화하기 위한 양자화기 ; 상기 양자화기의 출력신호를 가변장부호화하고, 가변장부호화된 신호와 양자화 파라미터와 움직임벡터를 다중화하여 출력하기 위한 가변장부호화기 및 멀티플렉서 ; 상기 가변장부호화기 및 멀티플렉서에서 출력되는 데이타를 일시적으로 저장한 후 일정한 속도로 채널을 통해 수신단으로 전송하기 위한 버퍼 ; 상기 제1필드/프레임 메모리로부터 필드 혹은 프레임 단위로 출력되는 화상의 액티비티와, 현재 부호화하고자 하는 GOP의 액티비티 추정량을 산출하기 위한 액티비티 산출기 ; 상기 버퍼의 데이타 충만도와 상기 액티비티 산출기로부터 필드 혹은 프레임 단위로 출력되는 화상의 액티비티에 의해 양자화 스텝사이즈를 결정하여 상기 양자화기를 제어하기 위한 레이트 제어기 ; 상기 양자화기에서 양자화된 신호를 양자화 이전의 신호로 복원하기 위한 역양자화기 ; 상기 역양자화기에서 역양자화된 신호를 이산여현변환 이전의 신호로 복원하기 위한 역이산여현변환기 ; 상기 역이산여현변환기에서 출력되는 복원 화상신호와 움직임 보상된 이전화상신호로부터 생성된 움직임 보상된 복원화상을 부호화 모드에 따라서 필드 혹은 프레임단위로 저장하기 위한 제2필드/프레임 메모리 ; 상기 제1필드/프레임 메모리에서 출력되는 이전화상을 참고로 하여 현재화상을 구성하기 위한 움직임벡터를 생성하기 위한 움직임 추정기 ; 상기 제2필드/프레임 메모리에 저장되어 있는 이전 화상의 움직임 위치를 상기 움직임 추정기에서 출력되는 움직임벡터로 보상하여 상기 차화상신호와 움직임 보상된 본원화상을 구성하기 위한 움직임 보상된 이전화상신호로 출력하기 위한 적응프리딕터 ; 및 상기 가변장부호화기 및 멀티플렉서로부터 출력되는 이전 GOP 까지 부호화된 데이타의 전체비트량 및 부호화된 비트스트림을 기록하고자 하는 디스크 한장의 용량과, 디스크 한장의 원하는 총 기록시간 및 이전 GOP까지 부호화된 동화상 데이타의 부호화 소요시간과, 상기 액티비티 산출기에서 출력되는 현재 부호화하고자 하는 GOP의 액티비티 추정량으로부터 GOP당 목표 전송 비트량을 구하여 상기 버퍼의 전송 비트율을 제어하기 위한 목표레이트 설정기를 포함하는 것을 특징으로 한다.In accordance with one aspect of the present invention, a variable bit rate video encoding apparatus includes: a first field / frame memory configured to store an input source image in field units or frame units according to an encoding mode; A discrete cosine transformer for discrete cosine transforming the difference image signal between the current image signal output from the first field / frame memory and the motion compensated previous image signal; A quantizer for quantizing the output signal of the discrete cosine transformer to a predetermined quantization step size; A variable length encoder and a multiplexer for variable length encoding the output signal of the quantizer and multiplexing the variable length coded signal, the quantization parameter, and the motion vector; A buffer for temporarily storing data output from the variable length encoder and the multiplexer and transmitting the data to the receiver through a channel at a constant rate; An activity calculator for calculating an activity of an image output from the first field / frame memory in a field or frame unit and an activity estimator of a GOP to be currently encoded; A rate controller for controlling the quantizer by determining a quantization step size based on the data fullness of the buffer and the activity of an image output from the activity calculator in units of fields or frames; An inverse quantizer for restoring a signal quantized by the quantizer to a signal before quantization; An inverse discrete cosine transformer for restoring the dequantized signal from the inverse quantizer to a signal before the discrete cosine transform; A second field / frame memory for storing the motion compensated reconstructed picture generated from the reconstructed picture signal output from the inverse discrete cosine transformer and the motion compensated previous picture signal in field or frame units according to an encoding mode; A motion estimator for generating a motion vector for constructing a current image by referring to a previous image output from the first field / frame memory; The motion position of the previous image stored in the second field / frame memory is compensated by the motion vector output from the motion estimator, and output as the motion compensated previous image signal for configuring the difference image signal and the motion compensated main image. Adaptive Predictor; And a total amount of data of the coded data up to the previous GOP output from the variable length encoder and the multiplexer and the capacity of one disc to record the coded bitstream, the desired total recording time of the disc and the video data encoded up to the previous GOP. And a target rate setter for controlling the transmission bit rate of the buffer by obtaining a target transmission bit amount per GOP from the encoding time required for the GOP and the activity estimation amount of the GOP to be encoded currently output from the activity calculator.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제3도는 본 발명에 의한 가변 비트율 동화상 부호화장치의 일실시예에 따른 블럭도이다.3 is a block diagram according to an embodiment of a variable bit rate video encoding apparatus according to the present invention.

제3도에 도시된 동화상 부호화장치는 제1도에 도시된 종래의 동화상 부호화장치와 비교해 볼때, 비트량 메모리(19), 목표 레이트설정기(21) 및 시간정보 메모리(22)가 부가된 것이고, 제2도에 도시된 종래의 동화상 부호화장치와 비교해 볼때 제1 및 제2스위치(17, 18)와 컨버터(20)가 제거되고, 시간정보 메모리(22)가 부가된 것이다.Compared with the conventional video encoding apparatus shown in FIG. 1, the video encoding apparatus shown in FIG. 3 has a bit amount memory 19, a target rate setter 21 and a time information memory 22 added thereto. Compared with the conventional video encoding apparatus shown in FIG. 2, the first and second switches 17 and 18 and the converter 20 are removed, and the time information memory 22 is added.

제3도를 참조하면, 프레임 리오더(frame reorder ; 1)는 소스화상신호를 입력하여 색좌표 변환과 서브 샘플링 및 블럭 분할 등의 기능을 수행하여 프레임을 재배열한다.Referring to FIG. 3, a frame reorder (1) inputs a source image signal to perform a function such as color coordinate conversion, subsampling, and block division to rearrange the frames.

제1필드/프레임 메모리(2)는 프레임간 부호화(interframe coding)인 경우 프레임 리오더(1)에서 출력되는 화상신호를 필드 단위로 저장하고, 혹은 프레임내 부호화(interframe coding)인 경우 프레임 리오더(1)에서 출력되는 화상신호를 프레임 단위로 저장한다.The first field / frame memory 2 stores an image signal output from the frame reorder 1 in units of fields in the case of interframe coding, or the frame reorder 1 in the case of interframe coding. ) Stores the image signal output in the frame unit.

감산기(3)는 제1필드/프레임 메모리(2)에서 출력되는 필드 단위 혹은 프레임 단위의 현재 화상신호에서 적응 프리딕터(10)에서 출력되는 움직임 보상된 이전 화상신호를 감산하여 차화상신호를 출력한다.The subtractor 3 subtracts the motion-compensated previous image signal output from the adaptive predictor 10 from the current image signal in field units or frame units output from the first field / frame memory 2 to output a difference image signal. do.

이산여현변환기(DCT ; 4)는 감산기(3)에서 출력되는 차화상신호에 대하여 이산여현변환을 수행하여 차화상신호에 대한 변환계수를 출력한다.The discrete cosine transformer (DCT) 4 performs a discrete cosine transform on the difference image signal output from the subtractor 3 to output a conversion coefficient for the difference image signal.

양자화기(5)는 이산여현변환기(4)의 출력을 입력하여 레이트제어기(13)의 출력에 따라 양자화 스텝 사이즈를 가변하여 양자화한다.The quantizer 5 inputs the output of the discrete cosine converter 4 to quantize the quantization step size in accordance with the output of the rate controller 13.

역양자화기(6)는 양자화기(5)에서 양자화된 신호가 입력되면 이를 양자화 이전의 신호로 복원하고, 역이산여현변환기(IDCT ; 7)는 역양자화기(6)에서 역양자화된 신호가 입력되면 이를 이산여현변환이전의 신호로 복원한다.When the quantized signal is input from the quantizer 5, the inverse quantizer 6 restores the signal to the signal before quantization. The inverse discrete cosine transformer (IDCT) 7 converts the inverse quantized signal from the inverse quantizer 6. When input, it is restored to the signal before the discrete cosine transform.

가산기(8)은 역이산여현변환기(7)에서 출력되는 복원 화상신호와 적응 프리딕터(10)에서 출력되는 움직임 보상된 화상신호를 가산한다.The adder 8 adds the reconstructed picture signal output from the inverse discrete cosine converter 7 and the motion compensated picture signal output from the adaptive predictor 10.

제2필드/프레임 메모리(9)는 가산기(8)에서 출력되는 복원화상을 부호화 모드에 따라서 필드 혹은 프레임단위로 저장한다.The second field / frame memory 9 stores the reconstructed picture output from the adder 8 in field or frame units according to the encoding mode.

적응 프리딕터(10)는 제2필드/프레임 메모리(9)에 저장되어 있는 이전 화상의 움직임 위치를 움직임 추정기(11)에서 출력되는 움직임 백터데이타와 모드데이타에 의해 보상하여 감산기(3)와 가산기(8)로 출력한다.The adaptive predictor 10 compensates the motion position of the previous image stored in the second field / frame memory 9 by the motion vector data and the mode data output from the motion estimator 11, and the subtractor 3 and the adder. Output to (8).

움직임 추정기(11)는 제1필드/프레임 메모리(2)에서 출력되는 필드 단위 혹은 프레임 단위의 현재 화상과 이전 화상으로 부터 움직임을 추정하여 움직임벡터를 생성한다. 대부분의 부호화장치에서는 움직임벡터를 생성하기 위하여 고정된 블럭을 단위로 일정한 범위내에서 최소절대에러(MAE ; Minimum Absolute Error)를 기준으로 완전탐색(full search)을 수행한다. 움직임 추정기(11)에서 생성된 움직임벡터는 적응 프리딕터(10)와 가변장 부호화기 및 멀티플렉서(14)로 출력한다.The motion estimator 11 generates a motion vector by estimating motion from a current picture and a previous picture in a field unit or a frame unit output from the first field / frame memory 2. Most encoding apparatuses perform a full search based on a minimum absolute error (MAE) within a fixed range in units of fixed blocks to generate a motion vector. The motion vector generated by the motion estimator 11 is output to the adaptive predictor 10, the variable length encoder, and the multiplexer 14.

액티비티 산출기(12)에서는 제1필드/프레임 메모리(2)에서 출력되는 필드 단위 혹은 프레임 단위의 화상신호의 액티비티를 산출하여 레이트 제어기(13)로 출력하고, 현재 부호화하고자 하는 GOP의 액티비티 추정량(ACUR)을 구하여 목표레이트 설정기(21)로 출력한다.The activity calculator 12 calculates an activity of an image signal in a field unit or a frame unit output from the first field / frame memory 2, outputs it to the rate controller 13, and estimates the activity estimated amount of the GOP to be encoded. A CUR ) is obtained and output to the target rate setter 21.

레이트 제어기(13)는 버퍼(15)의 데이타 충만도에 따라 구해진 기준양자화 스텝사이즈를 액티비트 산출기(12)에서 출력되는 화상신호의 액티비티에 곱하여 새로운 양자화 스텝사이즈를 산출하여 양자화기(5)로 출력한다. 따라서 양화기(5)는 레트 제어기(13)의 출력에 따라 가변장 부호화기 및 멀티플렉서(14)의 출력이 목표비트량에 근접한 비트량이 되도록 양자화 스텝 사이즈를 조절한다.The rate controller 13 calculates a new quantization step size by multiplying the reference quantization step size obtained according to the data fullness of the buffer 15 by the activity of the image signal output from the activity bit calculator 12 to calculate the new quantization step size. Will output Accordingly, the quantizer 5 adjusts the quantization step size so that the output of the variable length encoder and the multiplexer 14 is the bit amount close to the target bit amount according to the output of the let controller 13.

가변장부호화기 및 멀티블렉서(VLC/MUX ; 14)는 양자화기(5)에서 양자화된 신호를 가변장부호화하고, 가변장부호화된 신호와 레이트 제어기(13)에서 출력되는 양자화 파라미터와 움직임 추정기(11)에서 출력되는 움직임벡터를 다중화하여 출력한다.The variable length coder and the multiplexer (VLC / MUX) 14 variable length code the quantized signal in the quantizer 5, and output the variable length coded signal and the quantization parameter and the motion estimator outputted from the rate controller 13. The motion vectors output from 11) are multiplexed and output.

버퍼(15)는 가변장부호화기 및 멀티플렉서(14)에서 출력되는 데이타의 길이가 일정하지 않으므로 데이타를 일시적으로 저장한 후 일정한 속도로 채널을 통해 수신단으로 전송한다.Since the length of the data output from the variable length coder and the multiplexer 14 is not constant, the buffer 15 temporarily stores the data and transmits the data to the receiver through the channel at a constant speed.

비트량 메모리(19)는 가변부호화기 및 멀티플렉서(14)에서 출력되는 이전 GOP까지 부호화된 데이타의 전체비트량(BTOTAL) 및 부호화된 비트스트림 기록하고자 하는 디스크 한장의 용량(CDISC)을 저장하고, 시간정보 메모리(22)는 디스크 한장의 원하는 총 기록시간(TTARGET)및 이전 GOP까지 부호화된 동화상 데이타의 부호화 소요시간(TCODING)을 저장한다.The bit amount memory 19 stores the total bit amount B TOTAL of the encoded data up to the previous GOP output from the variable encoder and the multiplexer 14, and the capacity of one disc C disc to be recorded in the encoded bitstream. The time information memory 22 stores the desired total recording time T TARGET of one disc and the encoding time T CODING of moving picture data encoded up to the previous GOP.

목표레이트 설정기(21)는 비트량 메모리(19)에 저장된 이전 GOP까지 부호화된 데이타의 전체비트량(BTOTAL) 및 부호화된 비트스트림을 기록하고자 하는 디스크 한장의 용량(CDISC)과, 시간정보 메모리(22)에 저장된 디스크 한장의 원하는 총 기록시간(TTARGET) 및 이전 GOP까지 부호화된 동화상 데이타의 부호화 소요시간(TCODING)과, 액티피티 산출기(12)에서 출력되는 현재 부호화하고자 하는 GOP의 액티비티 추정량(ACUR)으로부터 GOP당 목표 전송 비트량(BTARGET)을 구하여 버퍼(15)의 전송 비트율을 제어한다.Target rate setting device 21 is the capacity of the disk piece to record a full bit rate (B TOTAL) and the coded bit stream of the data encoded by the previous GOP stored in the bit capacity memory (19) (C DISC) and the time Desired total recording time T TARGET of one disc stored in the information memory 22 and encoding time T CODING of moving image data encoded up to the previous GOP, and the current encoding to be output from the activity calculator 12 The target transfer bit amount B TARGET per GOP is obtained from the activity estimate A CUR of the GOP to control the transfer bit rate of the buffer 15.

그러면, 제3도에 도시된 동화상 부호화장치의 구성요소 중 목표레이트 설정기(21)의 목표 전송 비트량(BTARGET) 산출동작에 대하여 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.Next, the operation of calculating the target transmission bit amount B TARGET of the target rate setter 21 among the components of the video encoding apparatus shown in FIG. 3 will be described in more detail.

본 발명에 의한 동화상 부호화장치는 4 : 2 : 2 포맷의 콤포넌트(Y : 720pel ×4801ine, Cr, Cb : 360pel ×4081ine)의 입력신호를 색차신호에 대해 라인 서브샘블링하여 4 : 2 : 0의 포맷으로 변환한 후 이 신호를 동화상 부호화장치의 소스 화상 신호로 사용한다. 또한, 전송 비트율은 GOP당 가변하며, 양자화 파라미터의 갱신단위는 IMB(Y : 16pel×161ine, Cr, Cb : 8pel×81ine)으로 하여 화상신호의 압축, 부호화를 시행한다.According to the present invention, a video encoding apparatus sub-samples an input signal of a 4: 2: 2 format component (Y: 720pel × 4801ine, Cr, Cb: 360pel × 4081ine) with respect to a color difference signal to obtain a 4: 2: 0 After conversion to the format, this signal is used as the source image signal of the moving picture encoding apparatus. In addition, the transmission bit rate is variable per GOP, and the update unit of the quantization parameter is IMB (Y: 16pel x 161ine, Cr, Cb: 8pel x 81ine) to compress and encode the image signal.

제4도는 MOEG에서 제시하고 있는 동화상 데이타에 대한 계층적 구조를 나타낸 것이다. 제4도에서 보는 바와 같이 동화상 데이타의 최상위 계층은 시퀀스 레이어(sequence layer)로서 전송 비트율에 대한 정보를 전송하며, 그 다음의 차상위 계층은 GOP 레이어로서 프레임내 부호화를 시행하는 Ⅰ프레임, 순방향 예측 부호화를 시행하는 P 프레임과 양방향 예측 부호화를 수행하는 B 프레임의 픽쳐 구조로 구성되며, 1 GOP의 주기는 Ⅰ프레임의 주기가 된다. 따라서 본 발명에서는 Ⅰ시퀸스 레이어를 1 GOP 레이어로 구성하여 GOP당 전송 비트율을 가변적으로 할당한다.4 shows a hierarchical structure of moving image data presented in MOEG. As shown in FIG. 4, the uppermost layer of moving picture data is a sequence layer, which transmits information about a transmission bit rate, and the next higher layer is a G-frame that performs intra-frame encoding as a GOP layer. It is composed of a picture structure of a P frame for performing the B frame and a B frame for performing the bidirectional predictive coding, the period of 1 GOP is the period of the I frame. Accordingly, the present invention variably allocates the transmission bit rate per GOP by configuring the I sequence layer as one GOP layer.

본 발명에서는 디스크 한장에 원하는 시간에 해당하는 동화상 데이타를 부호화하여 이를 기록하고, 또한 디코딩된 동화상 신호의 화질 향상 및 균등화를 도모하기 위해 다음의 원리로 전송비트율을 가변적으로 할당한다.In the present invention, moving picture data corresponding to a desired time is encoded and recorded on a single disc, and transmission bit rate is variably allocated according to the following principle in order to improve image quality and equalize the decoded moving picture signal.

목표레이트 설정기(21)에 있어서 첫째, 가변 비트율을 결정하기 위한 가중치 파라미터(W)는 다음 식 (1)과 같이 나타낼 수 있다.In the target rate setter 21, first, the weight parameter W for determining the variable bit rate can be expressed as in the following equation (1).

식 (1)에 있어서, CDISC는 디스크 한장의 용량, BTOTAL는 이전 GOP까지 부호화된 데이타의 전체 비트량, TTARGET는 디스크 한장의 총 기록시간, TCODING은 이전 GOP까지 부호화된 동화상 데이타의 부호화 소요시간이며, 여기서 W는 W의 최소값과 최대값 사이에서 클리핑한다.In Equation (1), C DISC is the capacity of one disc, B TOTAL is the total bit amount of data encoded up to the previous GOP, T TARGET is the total recording time of one disc, and T CODING is the amount of video data encoded up to the previous GOP. Encoding time, where W clips between the minimum and maximum values of W.

즉, W는 디스크의 잔여용량 및 부호화 소요시간을 디스크 용량 및 목표시간에 대비하여 부호화하고자 하는 GOP의 전송 비트율 결정의 가중치 파라미터로 사용된다. 이와 같은 과정을 통해 항상 한장의 CD에 일정시간 이상의 부호화된 동화상 데이타를 저장할 수 있다.In other words, W is used as a weight parameter for determining the transmission bit rate of the GOP to be encoded based on the remaining capacity of the disk and the encoding time compared to the disk capacity and the target time. Through this process, encoded video data of a predetermined time or more can always be stored on a single CD.

둘째, 현재 부호화하고자 하는 GOP의 액티비티 추정량 ACUR는 다음 식(2)과 같이 나타낼 수 있으며, 이는 액티비티 산출기(12)에서 수행된다.Second, the activity estimating amount A CUR of the GOP to be currently encoded can be expressed as in Equation (2), which is performed by the activity calculator 12.

식 (2)에 있어서, APRE는 현재 GOP내의 Ⅰ 프레임 바로 이전의 B 또는 P 픽쳐의 원화상 액티비티, AAVG는 각 픽쳐의 원화상 액티비티의 평균값이다. 즉, ACUR은 부호화하고자 하는 GOP의 액티비티를 산출하여, GOP를 구성하고 있는 화상의 특성에 맞는 목표 비트량을 산출하기 위해 사용한다. 이 경우 APRE및 AAVG는 MPEG2의 액티비티 산출기(12)를 그대로 사용할 수 있어 별도의 하드웨어를 추가할 필요가 없다. 또한 APRE의 산출시 현재 GOP 시작의 바로 이전 화상의 액티비티를 사용하는 이유는 동화상 신호의 시간영역에서의 상관성 및 실시간 엔코더의 구현을 위한 것이다.In Equation (2), A PRE is the original picture activity of the B or P picture immediately before the I frame in the current GOP, and A AVG is the average value of the original picture activity of each picture. In other words, A CUR calculates the activity of the GOP to be encoded and is used to calculate the target bit amount corresponding to the characteristics of the picture constituting the GOP. In this case, A PRE and A AVG can use the activity calculator 12 of MPEG2 as it is, and there is no need to add additional hardware. In addition, the reason for using the activity of the picture immediately before the start of the current GOP when calculating A PRE is for the realization of the correlation and the real time encoder of the moving picture signal in the time domain.

셋째, 최종 GOP당 목표 전송 비트량 BTARGET은 상기 식(1)과 식(2)를 이용하여 다음 식 (3)과 같이 나타낼 수 있다.Third, the target transmission bit amount B TARGET per final GOP can be expressed as in Equation (3) using Equation (1) and Equation (2).

식 (3)에 있어서, BAVG는 평균 목표 전송 비트량으로서, (CDISE/TTARGET)으로 나타낼 수 있다.In Formula (3), B AVG is an average target transmission bit amount and can be represented by (C DISE / T TARGET ).

상술한 바와 같이 본 발명에 의한 가변 비트율 동화상 부호화장치에서는 디스크 한장의 용량 및 기록하고자 하는 동화상의 목표시간과, 부호화하고자 하는 GOP 이전까지 발생된 데이타 비트량 및 부호화 소요시간과, GOP의 액티비티를 고려하여 결정되는 가변비트율을 이용하여 부호화를 수행함으로써, CD 등의 저장매체에 원하는 시간 분량의 동화상 데이타를 부호화하여 기록할 수 있고, 전체 화질의 향상 및 화질의 균등화를 구현할 수 있다. 또한, 프리코팅없이 GOP의 액티비티를 반영하는 가변 비트율을 결정할 수 있으므로 실시간 가변 비트율 동화상 부호화장치를 구현할 수 있다.As described above, the variable bit rate video encoding apparatus according to the present invention considers the capacity of one disc and the target time of a moving picture to be recorded, the amount of data bits and encoding required before the GOP to be encoded, and the activities of the GOP. By performing encoding using the variable bit rate determined by the above method, it is possible to encode and record moving image data having a desired amount of time on a storage medium such as a CD, and to improve overall image quality and equalize image quality. In addition, since the variable bit rate reflecting the activity of the GOP can be determined without precoating, a real-time variable bit rate video encoding apparatus can be implemented.

Claims (2)

이산여현변환된 동화상 데이터를 가변비트율로 부호화하는 부호화장치에 있어서, 현재 부호화하고자 하는 GOP의 액티비티 추정량(ACUR)을 산출하기 위한 액티비티 산출기 ; 이산여현변환된 데이터를 소정의 양자화 스텝사이즈로 양자화하기 위한 양자화기 ; 가변장부호화된 데이타를 일시적으로 저장한 후 일정한 속도로 채널을 통해 수신단으로 전송하기 위한 버퍼 ; 디스크 한장의 용량 및 이전 GOP까지 부호화된 데이터의 누적된 비트량을 저장하는 비트량 메모리 ; 디스크 한장의 총기록시간 및 이전 GOP까지 부호화된 데이터의 누적된 기록시간을 저장하는 시간정보메모리 ; 상기 비트량 메모리 및 시간정보메모리에서 출력되는 정보와 상기 액티비티 산출기에서 출력되는 GOP의 액티비티 추정량으로부터 GPO당 목표 전송 비트량을 구하여, 이 목표 전송비트율에 따라 상기 버퍼의 전송 비트율을 제어하는 목표레이트 설정기 ; 상기 버퍼의 데이타 충만도와 상기 액티비티 산출기로부터 출력되는 액티비티에 의해 양자화 스텝 사이즈를 결정하여 상기 양자화기를 제어하기 위한 레이트 제어기를 포함함을 특징으로 하는 가변 비트율 동화상 부호화장치.An encoding apparatus for encoding discrete cosine transformed moving image data at a variable bit rate, comprising: an activity calculator for calculating an activity estimating amount (A CUR ) of a GOP to be currently encoded; A quantizer for quantizing the discrete cosine transformed data to a predetermined quantization step size; A buffer for temporarily storing variable length coded data and transmitting the same to a receiver through a channel at a constant rate; A bit amount memory for storing the capacity of one disc and the accumulated bit amount of data encoded up to the previous GOP; A time information memory for storing the total recording time of one disc and the accumulated recording time of data encoded up to the previous GOP; The target transfer bit rate per GPO is obtained from the information output from the bit rate memory and the time information memory and the activity estimate of the GOP output from the activity calculator, and the target rate for controlling the transfer bit rate of the buffer according to the target transfer bit rate. Setter; And a rate controller for controlling the quantizer by determining a quantization step size based on the data fullness of the buffer and the activity output from the activity calculator. 제1항에 있어서, 상기 목표레이트설정기는 평균목표전송비트량(BAVG), 액티비티 추정량(ACUR) 및 가중치 파라메터(W)의 제곱근값을 곱하여 GOP당 목표전송비트량(BTARGET)을 산출하되, 여기서, CDISC은 디스크 한장의 용량, BTOTAL는 이전 GOP까지 부호화된 데이타의 전체 비트량, TTARGET는 디스크 한장의 총 기록시간, TCODING은 이전 GOP까지 부호화된 동화상 데이타의 부호화 소요시간이라 하면, 가중치 파라메터(W)는에 의해 구해지며, 평균전송비트량(BAVG)은에 의해 구해짐을 특징으로 하는 가변 비트율 동화상 부호화장치.The target rate setting device of claim 1, wherein the target rate setter calculates a target transmission bit amount (B TARGET ) per GOP by multiplying a square root value of an average target transmission bit amount (B AVG ), an activity estimation amount (A CUR ), and a weight parameter (W). Where C DISC is the capacity of one disc, B TOTAL is the total bit rate of data encoded to the previous GOP, T TARGET is the total recording time of one disc, and T CODING is the encoding time of encoded video data up to the previous GOP. In this case, the weight parameter (W) is Obtained by, the average bit rate (B AVG ) is A variable bit rate video encoding device characterized by the above-mentioned.
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