KR100242653B1 - Intra-frame coding method and apparatus thereof - Google Patents
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Abstract
프레임내 부호화방법 및 장치는 현재화상의 각 매크로블록에 대해 적응적으로 인트라부호화와 움직임예측부호화를 수행하여 부호화효율을 높이기 위한 것이다. 본 발명은 현재 부호화하는 화상의 이미 부호화된 검색영역내에서 현재매크로블록의 움직임예측에 의한 기준매크로블록과 현재매크로블록간의 화소차이값의 분산값과 현재매크로블록내의 화소값의 분산값을 비교하고, 그 비교결과에 근거하여 인트라부호화와 움직임예측부호화를 선택적으로 수행하도록 구성된다. 따라서, 본 발명은 프레임내 인트라부호화를 수행시 화상내의 변화가 거의 없는 배경영역에 대해서는 움직임예측부호화를 수행하여 공간적인 중복성을 줄이므로 부호화효율을 증가시켜 화질을 개선하는 효과를 제공한다.The intra-frame encoding method and apparatus is to improve encoding efficiency by performing intra coding and motion prediction encoding on each macroblock of a current picture. The present invention compares the variance value of the pixel difference value between the reference macroblock and the current macroblock by the motion prediction of the current macroblock and the variance value of the pixel value in the current macroblock in the already encoded search region of the current encoding image. It is configured to selectively perform intra coding and motion prediction coding based on the comparison result. Accordingly, the present invention reduces the spatial redundancy by performing motion prediction encoding on a background region having little change in the image when performing intra-frame intra encoding, thereby improving the image quality by increasing the coding efficiency.
Description
본 발명은 프레임내 부호화에서 현재화상의 각 매크로블록에 대해 인트라부호화와 움직임예측부호화를 선택적으로 수행하여 부호화효율을 높일 수 있도록 한 프레임내 부호화방법 및 그 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an intra-frame encoding method and apparatus for increasing encoding efficiency by selectively performing intra coding and motion prediction encoding on each macroblock in an intra-frame encoding.
최근 들어 MPEG(Moving Pictures Experts Group)-IV와 같이 영상전화 또는 화상회의시스템등에서의 응용을 목적으로 동영상을 매우 낮은 비트율(low bit rate)로 부호화하는 동영상압축기술에 대한 국제 표준화 작업이 활발히 진행되고 있다. MPEG-IV는 64kbps 이하의 저속 전송 채널을 사용하여 동영상을 전송하기 때문에 동영상의 고압축이 필수적이다. 이를 위하여 시간축방향의 용장도(redundancy)를 줄이기 위한 움직임 보상을 행하여 화상간의 차분을 취하고, 이후 공간축방향의 중복성을 줄이기 위해 이산여현변환(DCT)과 가변장부호화를 사용하고 있다. 즉, 일반적으로 연속된 동화상에서는 전후의 화상과 현재의 화상과는 거의 유사하다. 따라서, 현재 부호화하려는 화상과 P 화상(전방예측화상)에서는 시간적으로 전방의 화상과 차분을, 또는 B 화상(양방향예측화상)에서는 시간적으로 전방, 후방 또는 전방과 후방에서 만들어진 보간화상과의 차분을 취하여, 이 차분치를 부호화하여 전송하는 방법으로 시간축방향의 용장도를 줄여서 전송하는 정보량을 작게 하고 있다. 단, 같은 위치의 차분을 취할 뿐만 아니라 움직임 보상을 사용한다. 이는 16× 16화소의 블록단위로 앞의 화상과 이 블록위치의 근방차분에서 차분이 최소가 되는 점을 탐색하여 이와의 차분을 취하는 방법으로 전송해야 할 정보량을 더욱 더 감소시키는 수법을 말한다. 실제로는 P 화상에서는 움직임 보상후의 예측화상과의 차분을 취한 것과 차분을 취하지 않은 것의 두가지중에서 데이타량이 적은 것을 16× 16블록(매크로블록)단위로 선택하여 부호화한다.Recently, international standardization of video compression technology, such as MPEG (IV) -IV, which encodes video at very low bit rate for video telephony or video conferencing system, has been actively conducted. have. MPEG-IV uses high-speed transmission channels of 64 kbps or less, so high compression is essential. To this end, motion compensation is performed to reduce redundancy in the time axis direction to take the difference between images, and then discrete cosine transform (DCT) and variable length coding are used to reduce redundancy in the space axis direction. That is, in general, continuous moving pictures are almost similar to the before and after picture and the current picture. Therefore, the difference between the current image to be encoded and the P image (forward prediction image) and the front image in time, or the B image (bidirectional prediction image) and the difference between the interpolation image made in front, rear or front and rear in time In this method, the amount of information to be transmitted is reduced by reducing the redundancy in the time axis direction by encoding and transmitting the difference value. However, not only take the difference of the same position but also use the motion compensation. This is a method of further reducing the amount of information to be transmitted by searching for the minimum difference between the previous image and the difference between the block positions in units of 16x16 pixels and taking the difference therebetween. In practice, in a P picture, a small amount of data is selected and encoded in units of 16 × 16 blocks (macroblocks) from the difference between the predicted picture after motion compensation and the difference.
그런데, 화면 모두를 인트라 부호화하는 I-픽쳐(프레임내 부호화)의 경우 프레임내 매크로블록들을 모두 인트라부호화(intra coding)를 수행하기 때문에 부호화된 데이타의 비트량이 많게 된다. 이로 인하여, 저전송율의 동영상 부호화효율을 저하시킬 뿐 만 아니라 화질이 떨어지는 문제가 있었다.However, in the case of an I-picture (intra-frame encoding) that intra-codes all of the pictures, intra-frame macroblocks are all intra-coded, thereby increasing the amount of bits of encoded data. As a result, not only the video encoding efficiency of the low data rate is lowered, but also the image quality is deteriorated.
따라서, 본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결하기 위하여, 프레임내 부호화시 각 매크로블록에 대해 인트라모드와 움직임예측모드를 적절히 선택하여 사용할 수 있도록 하므로써 부호화효율을 높일 수 있는 방법을 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for improving encoding efficiency by allowing an intra mode and a motion prediction mode to be appropriately selected and used for each macroblock in intra-frame encoding in order to solve the above problems.
본 발명의 다른 목적은 전술의 프레임내 부호화방법을 구현한 장치를 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide an apparatus implementing the above-described intra-frame encoding method.
제1도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 프레임내 부호화장치를 나타내는 구성도.1 is a block diagram showing an intra-frame encoding apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
제2도는 제1도장치의 프레임내 부호화에서 움직임예측의 과정을 설명하기 위한 도면.FIG. 2 is a diagram for explaining a process of motion prediction in intra-frame encoding of the FIG. 1 apparatus. FIG.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
11 : 움직임예측기 12 : 부호화선택기11: motion predictor 12: encoding selector
13 : 부호화기13: encoder
이와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 프레임내 부호화방법은, (1) 현재화상의 이미 부호화된 영역내에서 최대 크기로 형성되는 검색영역내에서 현재 매크로블록의 영상데이타에 대한 움직임을 예측하는 단계과, (2) 움직임 예측에 의해 얻어지는 현재매크로블록과 검색영역내의 대응 기준매크로블록의 화소값간의 차이값의 분산값과 현재매크로블록의 화소값의 분산값의 비교에 근거한 인트라모드와 움직임예측모드중 하나의 부호화모드를 선택하는 단계, 및 (3) 인트라모드 선택시 현재매크로블록의 영상데이타에 대해 인트라부호화를 수행하고, 움직임예측모드 선택시 현재매크로블록의 영상데이타에 대해 움직임예측부호화를 수행하는 단계를 포함한다.The intraframe encoding method of the present invention for achieving the above objects comprises the steps of: (1) predicting a motion of image data of a current macroblock in a search region formed to a maximum size in an already encoded region of the current image; (2) Among the intra mode and the motion prediction mode based on the comparison of the variance value of the difference value between the current macroblock obtained by motion prediction and the pixel value of the corresponding reference macroblock in the search region with the variance value of the pixel value of the current macroblock. Selecting one encoding mode; and (3) performing intra encoding on image data of the current macroblock when selecting an intra mode, and performing motion prediction encoding on image data of the current macroblock when selecting a motion prediction mode. Steps.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 프레임내 부호화장치는, 현재 부호화하는 화상의 부호화된 영역을 사용하여 현재매크로블록의 영상데이타에 대하 움직임예측을 수행하여 현재매크로블록과 가장 적은 화소차이값을 갖는 기준매크로블록을 구하는 움직임예측기과, 현재매크로블록의 화소값의 분산값과 상기 움직임예측기에서 구해지는 기준매크로블록과 현재매크로블록의 화소차이값의 분산값을 비교하여 그 값이 적은 쪽으로 부호화모드를 선택하는 부호화선택기, 및 부호화할려는 현재화상에 대해 매크로블록단위로 상기 부호화선택기에 의해 선택되는 부호화모드로 부호화하는 부호화기를 포함한다.An intraframe encoding apparatus for achieving another object of the present invention performs motion prediction on image data of a current macroblock by using an encoded region of an image to be currently encoded to have the smallest pixel difference value from the current macroblock. The encoding mode is selected by comparing the motion predictor for obtaining the reference macroblock with the variance value of the pixel value of the current macroblock and the variance value of the pixel difference value between the reference macroblock and the current macroblock obtained by the motion predictor. And an encoder for encoding the encoding mode selected by the encoding selector in macroblock units for the current image to be encoded.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 기술하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제1도는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 프레임내 부호화장치를 보여준다. 제1도의 장치는 현재화상의 동영상신호를 매크블록단위로 입력받아 현재화상의 이미 부호화된 영역을 사용하여 움직임예측을 수행하는 움직임예측기(11), 현재매크로블록의 화소값의 분산값(variance)과 움직임예측에 의해 얻어지는 현재매크로블록과 기준매크로블록간의 화소차이값의 분산값을 입력받아 대소비교하여 인트라모드와 움직임예측모드중 하나의 부호화모드를 선택하는 부호화선택기(12), 및 입력되는 현재매크로블록을 선택된 부호화모드로 부호화하는 부호화기(13)를 구비한다. 이러한 구성을 갖는 제1도 장치의 동작을 제2도를 참조하여 설명한다.1 shows an intra-frame encoding apparatus according to a preferred embodiment of the present invention. The apparatus of FIG. 1 is a
제1도에서, 부호화할려는 현재화상의 동영상신호가 입력되면, 움직임예측기( 11)는 입력된 현재화상을 16× 16 화소 크기의 매크로블록단위로 움직임예측한다. 움직임예측기(11)는 현재화상내의 부호화한 영역중 최대검색영역(MaxSx, MaxSy)내에서 현재화상내의 현재매크로블록과 거의 동일한 화상정보를 갖는 기준매크로블록을 찾는다. 제2도에서, 현재매크로블록은 해칭된 사각형으로 표시되었으며, 현재매크로블록과 동일한 화상정보를 갖는 기준매크로블록 역시 해칭된 사각형으로 표시되었다. 움직임예측기(11)는 검색영역(Search Area)내에서 현재매크로블록과 동일한 화소수를 가지며 검색영역내의 좌측상단에 위치한 대응블록과 대응블록을 한 화소씩 우측으로 그리고/또는 아래쪽으로 이동하여 얻어지는 모든 이동된 블록들 각각을 현재매크로블록과 비교한다. 비교에 사용되는 방법은 잘 알려진 평균절대오차(Mean Absolute Error; MAE)법 또는 평균제곱오차(Mean Square Error; MSE)법등이 있다. MAE 또는 MSE에 의한 화소값들의 비교에 의해 현재매크로블록과 가장 적은 차이값을 갖는 기준매크로블록이 결정되면, 움직임예측기(11)는 기준매크로블록과 현재매크로블록간의 공간적인 위치차이를 나타내는 움직임벡터를 발생한다. 움직임예측기(11)는 또한, 그 차이값과 현재매크로블록의 화소값을 부호화선택기(12)로 출력한다. 부호화선택기 (12)는 움직임예측기(11)로부터 인가되는 현재매크로블록의 화소값의 분산값과 움직임예측기에 의해 얻어진 기준매크로블록과 현재매크로블록간의 화소차이값의 분산값을 대소비교하여 현재매크로블록에 대한 부호화모드를 선택한다. 부호화선택기(12)는 현재매크로블록의 화소값의 분산값이 움직임예측에 의해 얻어진 차이값의 분산값보다 크면 현재매크로블록이 현재화상내의 균일한(Uniform) 배경영역과 같은 거의 변화가 없는 영역으로 인식하여 움직임예측모드를 선택한다. 부호화선택기(12)는 현재매크로블록의 화소값의 분산값이 움직임예측에 의해 얻어진 차이값과 분산값보다 작거나 같으면 현재매크로블록이 현재화상내에서 이미 부호화된 영역과는 다른 화상정보를 갖는 영역 즉, 움직임크기가 커서 움직임예측범위를 벗어나는 영역으로 인식하여 인트라모드를 선택한다. 부호화기(13)는 부호화선택기(12)에 의해 선택된 부호화모드에 근거하여 입력된 현재화상을 매크로블록단위로 부호화한다. 부호화기(13)는 현재화상내의 현재매크로블록에 대해 인트라모드가 선택되면, 현재매크로블록에 대해 인트라부호화를 수행하여 출력하고, 움직임예측모드가 선택되면 현재매크로블록에 대해 움직임예측기( 11)에 의해 얻어진 차이값을 부호화하여 출력함과 아울러 발생하는 움직임벡터를 출력한다.In FIG. 1, when a video signal of a current image to be encoded is input, the
상술한 바와 같이 본 발명의 프레임내 부호화방법 및 그 장치는 인트라 부호화시에 각 매크로블록에 대해 적응적으로 인트라부호화와 움직임예측부호화를 수행할 수 있어 인트라부호화만을 수행할 때보다 부호화된 데이타의 비트량을 줄일 수 있어 부호화효율을 높일 수 있는 효과를 갖는다.As described above, the intra-frame encoding method and apparatus of the present invention can adaptively perform intra coding and motion prediction encoding on each macroblock during intra encoding, so that the bits of the encoded data are higher than when performing only intra encoding. Since the amount can be reduced, the coding efficiency can be increased.
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