KR100251310B1 - 줄길이 부호기의 전송신호 발생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 명세서에는 줄길이 부호기에서 전송신호를 발생하는 장치가 개시되어 있다.

이러한 본 발명의 장치는 시스템 클럭에 따라 홀수 DCT 계수 혹은 짝수 DCT 계수를 선택하기 위한 멀티플랙서(410); 멀티플랙서가 출력하는 DCT 계수가 제로인 것을 검출하기 위한 제로계수 검출부(420); 제2클럭에 따라 제로계수 검출부의 출력에서 넌제로인 계수를 카운트하기 위한 레벨 카운터(430); 및 레벨 카운터가 출력하는 카운트값을 소정의 기준값과 비교하여 전송신호를 발생하는 비교기(440)를 포함하고 있다.

그리고 이와 같이 구성되는 본 발명의 전송신호 발생장치는 하나의 시스템 클럭에 한쌍의 픽셀을 부호화하여 (런,레벨)을 발생할 경우에 3개 이상의 (런,레벨)이 발생되면 먼저 발생된 2개의 (런,레벨)을 전송하므로써 전송속도를 향상시킬 수 있다.

Description

줄길이 부호기의 전송신호 발생장치

본 발명은 영상 데이터를 압축 부호화시에 영상 데이터의 통계적 중복성을 제거하기 위한 줄길이 부호기(RUN LENGTH CODER)에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 이산 여현 변환 부호화(Discrete Cosine Transform: 이하, DCT라 칭함) 및 양자화 과정을 거친 DCT 계수값들을 '0'의 값을 갖는 계수의 수와 바로 연속되는 '0'이 아닌 계수값으로 이루어진 2차원 심볼로 만드는 줄길이 부호기에 관한 것이다.

일반적으로, 현대 사회를 일컬어 정보화 사회라고 하는 바, 처리해야 하는 정보의 양이 나날이 늘어나는 추세이므로, 기존의 전송 대역을 효과적으로 이용하기 위해서는 전송하고자 하는 데이터를 압축하여야 한다. 특히, 디지탈 영상신호의 경우에는 정보량이 매우 방대하기 때문에 정보의 저장과 검색, 전송등을 보다 효율적으로 하기 위해서는 영상 데이터를 압축하는 것이 필수적이다.

이러한 이유에서 영상 데이터에 대한 압축 기법들이 많이 개발되어 왔으며, 이러한 영상 데이터 압축 기술은 영상신호가 갖는 공간적 중복성, 시간적 중복성, 통계적 중복성을 제거하므로써 영상을 표시하는데 요구되는 데이터량을 줄이는 것이다.

상기와 같은 영상 데이터 압축 기법은 정지 영상(동일 프레임 내)에 존재하는 공간적 중복성을 제거하기 위한 프레임내(intraframe) 부호화와, 동영상(연속되는 프레임들간)에 존재하는 시간적 중복성을 제거하기 위한 프레임간(interframe) 부호화로 나눌 수 있다.

상기 공간적 중복성을 제거하기 위한 프레임내 부호화는 변환 부호화(transform coding)의 일종인 이산 여현 변환 부호화(DCT) 및 양자화를 예로 들 수 있으며, 상기 시간적 중복성을 제거하기 위한 프레임간 부호화의 일 예로는 시간적으로 인접한 두 화면간의 움직임을 추정하여 보상함으로써, 시간적인 중복성을 제거하는 움직임 추정/보상 부호화(motion estimation/compensation coding)를 들 수 있다.

그리고, 상기 DCT 및 양자화 과정을 거친 DCT 계수값들을 엔트로피 부호화하여 통계적 중복성(statistical redundancy)을 제거하는 것이다. 즉, 상기 엔트로피 부호화(entropy coding)는, 양자화된 화소의 발생빈도가 다르게 분포되어 있으므로 통계적 특성을 이용하여 비트 발생율을 최소로 감축시키기 위한 무손실 부호화 알고리즘을 말한다.

이러한 엔트로피 부호화 기법에는 줄길이 부호화(Run Length Coding : RLC) 기법과, 허프만 부호화 기법을 이용한 가변장 부호화(Variable Length Coding : VLC) 기법 및, 비트 프레인 부호화(Bit Plane Coding : BPC) 기법 등 여러가지가 있으나 줄길이 부호화 및 가변장 부호화 기법이 널리 이용되고 있다.

여기서, 줄길이 부호화(RLC)는 주로 이산 여현 변환 부호화(DCT)와 같은 변환 부호화의 압축 효율을 증가시키기 위해 사용되는 것이다. 일반적으로 영상신호가 DCT 변환되어 생성된 DCT 계수들을 살펴보면 대부분의 에너지가, 낮은 주파수 계수에 집중되고 높은 주파수 계수들은 거의 '0'에 가까운 값을 갖게 되는 것을 알 수 있다. 따라서 양자화된 DCT계수들을 지그-재그 스캔(zig-zag scan)하여 낮은 주파수부터 높은 주파수 순으로 정렬하면, 상대적으로 긴 '0'의 1차원 데이터 열이 만들어진다. RLC는 상기와 같이 만들어진 데이터 열에서 계속되는 '0'의 갯수와 바로 연속되는 '0'이 아닌 계수값으로 구성된 (런,레벨)의 2차원 심볼을 만드는 것이다.

상기 줄길이 부호화는 주로 이산여현 부호화(DCT)와 같은 변환 부호화의 압축 효율을 증가시키기 위해 사용되는 것으로, DCT 계수들은 일반적으로 대부분의 에너지가 낮은 주파수에 집중되고, 높은 주파수 성분들은 거의 '0'에 가까운 값을 갖게 됨에 따라 지그-재그 주사(zig-zag scan)를 하여 가능한 한 긴 '0'의 1차원 데이터 열로 만든 다음 계속되는 '0'의 갯수와 바로 연속되는 '0'이 아닌 계수값으로 구성된 2차원 심볼을 만드는 것이다.

그리고, 상기 가변장 부호화는 부호화되는 심볼의 확률적 분포에 따라 자주 발생되는 심볼에는 작은 비트를 할당하고, 발생 빈도가 낮은 심볼에 대해서는 많은 비트를 할당하여 전체적으로 비트 발생율을 최소화하는 기법이다. 이러한 가변장 부호화에는 여러가지 종류가 있으나, 현재에는 구현이 용이한 허프만 부호화가 널리 사용되고 있다.

한편, 도 1은 일반적인 영상 부호기의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도로서, H.261, MPEG-1, MPEG-2 등의 많은 표준화된 부호기에서 사용되는 것이다. 즉, 이산 여현 변환부(DCT)(11)에서는 픽셀간의 상관성을 제거하기 위하여 프레임간 차 영상을 예를 들면, 8??8 픽셀의 블록으로 이산 여현 변환하여 이산 여현 변환 계수(DCT 계수)를 출력하고, 양자화기(12)에서는 상기 이산여현 변환부(11)에서 출력되는 프레임간 차 영상의 이산 여현 변환 계수(DCT 계수)를 소정의 양자화 스텝 사이즈로 양자화하여 출력한다.

상기 양자화기(12)에서 양자화된 DCT 계수는 지그-재그 스캐닝 과정을 거쳐 1차원 데이터 열로 변환되어 줄길이 부호기(14)로 입력되고, 상기 줄길이 부호기(14)는 지그-재그 스캐닝된 DCT 계수를 줄길이 부호화한 다음 가변장 부호기(15)로 입력하며, 상기 가변장 부호기(15)는 상기 줄길이 부호기(14)에서 줄길이 부호화된 데이터를 허프만 테이블에 의해 가변장 부호한 다음 버퍼(도시하지 않음)로 출력하는 것이다.

이때, 상기 줄길이 부호기(14)는 입력된 데이터가 Intra DC 계수인 경우에는 DC 크기(DC size)와 DC 차이(DC difference)를 출력하고, 그 외의 나머지 계수는 계속되는 '0'의 갯수와 바로 연속되는 '0'이 아닌 계수값으로 구성된 (런, 레벨)의 2차원 심볼을 만들어 출력한다. 즉, 상기 Intra DC 계수의 경우에는 이웃하는 블록의 DC 계수간의 차이값을 부호화하는 것으로, DC 크기와 DC 차이로 나누어져 부호화 되는데, DC 크기가 '0'이면 DC 크기의 코드만 전송되고, DC의 크기가 '0'이 아니면 그 뒤에 DC 크기의 비트 수 만큼 DC 차이값을 전송하는 것이다.

또한, Intra DC 계수를 제외한 나머지 계수는 주로 지그-재그 주사를 통하여 1차원으로 정렬한다. 여기서, '0'이 연속적으로 나타나는 갯수(zero-run)와 '0'이 아닌 계수들의 값(level value)을 (런, 레벨)의 2차원으로 표현한다. 예를 들어, 지그-재그 스캔이 되어, 30, 2, 0, 0, -8. 0, 0, 0, 9 ??????와 같이 정렬된 DCT 계수는 줄길이 부호기(14)를 통하여 (0, 30), (0, 2), (2, -8), (3, 9) ?????? 와 같이 표현된다.

그리고, 지그-재그 주사된 계수들이 어떤 위치 이후에 계속해서 끝까지 '0'이 발생할 경우는 블록의 끝을 나타내는 EOB(end of block) 부호를 추가한다. 또한, 상기와 같이 생성된 (런, 레벨)값을 선입 선출 버퍼(FIFO)에 저장시키기 위한 전송신호를 생성하여야 한다.

상기와 같은 영상 부호화기에서 한 시스템 클럭에 두 픽셀씩 처리하기 위한 종래의 줄길이 부호기의 전송신호 발생기는 도 2에 도시된 바와 같이, 유휴신호 발생부(21), 제로계수 검출부(22), 제어부(23), 홀딩부(24), 전송신호 출력부(25)로 구성되어 있다.

도 2를 참조하면, 제로계수 검출부(22)는 홀수 DCT 계수와 짝수 DCT 계수를 입력받아 계수가 0이면 0을, 0이 아니면 1을 출력(w1,w2)하고, 제어부(23)는 제로계수 검출부(22)의 출력에 따라 전송신호(write)를 발생하며, 홀딩부(24)는 라이트신호를 홀딩하고 있다.

유휴신호 발생부(21)는 블록시작신호와 블록종료신호를 입력받아 블록이 처리되는 동안 유휴(idle)신호를 발생하여 전송신호 출력부(25)를 디스에이블시키고 있다가 블록종료신호가 검출되면 전송신호 출력부(25)를 인에이블시켜 홀딩부(24)에서 홀딩되고 있던 전송신호(hwrite)를 출력한다. 이와 같이 발생된 전송신호에 따라 줄길이 부호화기에서 발생된 (런,레벨) 값들이 도시되지 않은 FIFO에 라이트되게 된다.

이와 같이 동작되는 종래의 전송신호 발생부는 (런,레벨)이 생성되자 마자 전송하면 그것이 마지막 이벤트였을 경우에 같이 출력되야 하는 종료신호(EOB)와 함께 출력될 수 없으므로, 다음 (런,레벨)이 발생될 때까지 기다렸다가 전송해야 한다.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 블록시작 신호가 입력되고, 나서 입력된 계수에 대한 (런,레벨)이 모두 생성된 후 블록종료신호와 함께 전송신호가 발생되었기 때문에 생성된 (런,레벨)의 전송이 지연되는 문제점이 있었다. 예컨대, 0,1,0,5, 0,0,0,......와 같이 처음 2개의 (런,레벨)쌍이 생성된 후 이후 모두 0일 경우에도 (런,레벨)쌍과 같이 종료신호(EOB)를 전송해야 하므로 한 블록의 처리가 완료될 때 가지 (런,레벨)의 전송이 지연되는 문제점이 있었다. 도 3에서 (가)는 블록시작신호이고, (나)는 시스템클럭을 나타내며, (다) 및 (라)는 한쌍의 런과 레벨을 나타낸다. 또한 (마)는 한 블록에 대한 줄길이 부호화가 종료되는 타이밍에 발생되는 EOB 신호를 나타내고, (바)는 전송신호를 나타낸다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 적어도 3개 이상의 (런,레벨)이 발생될 경우에 먼저 발생된 2개의 (런,레벨)을 미리 전송하도록 하여 전송지연을 줄일 수 있도록 된 줄길이 부호기의 전송신호 발생장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 한 시스템 클럭에 한쌍의 픽셀 데이터를 처리하도록 설계된 영상 엔코더에서 상기 시스템 클럭에 따라 홀수 DCT 계수와 짝수 DCT 계수를 입력받아 적어도 3개이상의 (런,레벨)이 발생될 경우 전송신호를 발생하여 먼저 2개의 (런,레벨)을 전송하도록 된 줄길이 부호기의 전송신호 발생장치에 있어서, 상기 시스템클럭에 따라 홀수 DCT 계수 혹은 짝수 DCT 계수를 선택하기 위한 멀티플랙서; 상기 멀티플랙서가 출력하는 DCT 계수가 제로인 것을 검출하기 위한 제로계수 검출부; 제2클럭에 따라 상기 제로계수 검출부의 출력에서 넌제로인 계수를 카운트하기 위한 레벨 카운터; 및 상기 레벨 카운터가 출력하는 카운트값을 소정의 기준값과 비교하여 전송신호를 발생하는 비교기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 일반적인 영상부호기를 도시한 블록도,

도 2는 종래의 줄길이 부호기의 전송신호 발생장치를 도시한 블록도,

도 3은 종래에 전송신호가 발생되는 타이밍을 도시한 타이밍도,

도 4는 본 발명에 따른 줄길이 부호기의 전송신호 발생장치를 도시한 블록도,

도 5는 도 4에 도시된 레벨 카운터의 다른 실시예,

도 6은 본 발명에 따른 전송신호 발생장치의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

410: 멀티플랙서 420: 제로계수 검출부

430: 제로 카운터 432: 바이너리 카운터

434: 합산기 436,438: 디플립플롭

440: 비교기

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 영상 엔코더의 전체 블록도인데, 이 영상 엔코더는 DCT(11), 양자화기(12), 지그재그 스캐닝부(13), 줄길이 부호기(14), 가변장 부호기(15)를 포함하고 있다. 본 발명의 실시예에서 지그재그 스캐닝부(13)는 양자화된 DCT계수를 지그재그 스캐닝하고, 줄길이 부호기(14)는 한쌍의 픽셀을 순차적으로 입력받아 (런,레벨)쌍을 생성한 후 가변장 부호기(15)로 출력한다. 통상 런값 발생장치로 입력되는 DCT계수는 입력 픽셀이 8x8 블럭 단위로 이산여현 변환된 후 양자화기에서 양자화되고, 지그재그 스캔되어 한 시스템 클럭에 2 픽셀씩 입력되는 DCT계수이다. 따라서 한 블록은 64개의 DCT계수로 이루어지고, 32 시스템 클럭에 의해 한 블록의 픽셀들이 처리된다.

도 4는 본 발명에 따른 전송신호 발생장치를 도시한 블록도이다. 본 발명의 전송신호 발생장치는 도 4에 도시된 바와 같이, 멀티플랙서(410), 제로계수 검출부(420), 레벨 카운터(430), 비교기(440)를 포함하고 있다.

멀티플랙서(410)는 시스템 클럭(CLK1)이 하이이면 홀수 DCT 계수를 선택하여 출력하고, 로우이면 짝수 DCT 계수를 선택하여 출력한다. 제로계수 검출부(420)는 입력 DCT 계수가 "0"이면 0을 출력하고, "0"이 아니면 1을 출력한다.

레벨 카운터(420)는 (런,레벨)쌍이 발생되는 횟수를 카운트하는데, 이러한 레벨 카운터는 프리셋 가능한 바이너리 카운터(432)로 구현될 수 있다. 이때, 줄길이 부호화된 결과 발생되는 (런,레벨)쌍의 수는 DCT 계수가 0이 아닌 값의 수 즉, 레벨의 수와 동일하므로, 제로계수 검출부(420)가 출력하는 1을 제2 클럭(CLK2)에 따라 카운트하므로써 (런,레벨)쌍의 수를 카운트할 수 있다. 따라서 레벨 카운터(420)가 출력하는 카운트값은 해당 블록의 DCT 계수를 순차적으로 줄길이 부호화할 경우에 줄길이 부호화된 (런,레벨)쌍의 수와 동일하다. 제2 클럭(CLK2)은 시스템 클럭(CLK1)이 2분주된 클럭이다(즉, 시스템 클럭보다 2배 빠른 클럭).

이러한 레벨 카운터(430)를 구현하는 프리셋 가능한 바이너리 카운터(432)는 블록시작신호에 의해 카운트값이 0으로 클리어되고, 제로계수 검출부(420)가 출력하는 "1"을 제2 클럭(CLK2)에 따라 카운트하여 레벨의 수를 계산한다. 그리고 프리셋신호가 입력되면 "1"을 프리셋(preset)한다.

비교기(440)는 레벨 카운터(430)가 출력하는 카운트값을 미리 설정된 "3"과 비교하여 카운트값이 "3"이 되면 전송신호(write)를 출력함과 아울러 레벨 카운터(430)에 프리셋신호를 제공한다.

따라서 DCT 계수가 순차적으로 줄길이 부호화되면서 발생되는 (런,레벨)의 수가 3개가 되면 전송신호(라이트신호)를 발생하여, 먼저 발생된 2개의 (런,레벨)쌍을 도시되지 않은 FIFO에 라이트하므로써 전송지연을 줄일 수 있다.

도 5는 도 4에 도시된 레벨 카운터의 다른 실시예이다. 줄길이 부호화된 결과 발생되는 (런,레벨)의 수를 카운트하기 위한 레벨 카운터(430)는 도 5에 도시된 바와 같이 합산기(434)와 디플립플롭(436,438)으로 구현될 수 있다. 제로계수 검출부(434)로부터 1이 입력되면 제1 디플립플롭(438)의 출력과 합산하여 비교기(440)로 출력한다. 이때 최초에는 제1 디플립플롭(438)이 0으로 클리어되어 있으므로, 합산기(434)는 1 + 0 = 1을 출력하고, 이 출력(즉, 1)은 다시 제1 디플립플롭(438)에 저장된다. 이어 다음 클럭에 제로계수 검출부(420)로부터 '1'이 입력되면 합산기(434)는 1 + 1 = 2(10₂)를 출력하게 된다. 이때 제1 디플립플롭(438)에는 2가 저장되고, 다음 클럭에 제로계수 검출부(420)로부터 1이 입력되면 합산기는 2+1 = 3을 출력한다. 비교기(440)는 로우신호를 출력하다가 합산기(434)의 출력이 3이 되면 하이를 출력하여 전송신호를 발생하게 되고, 이에 따라 제1 디플립플롭(438)은 0으로 클리어되고, 제2 디플립플롭(436)은 1을 합산기(434)로 출력하게 된다. 전송신호가 발생되면 3개의 (런,레벨) 중에서 2개를 FIFO로 전송하고 1개의 (런,레벨)은 남아 있게 되므로, 비교기(440)가 전송신호를 출력한 후 첫 번째 클럭에서 합산기(434)는 제2 디플립플롭(436)이 출력하는 1과 제로계수 검출부(420)로부터 출력되는 값을 합산하여 출력하고, 이 출력은 제1 디플립플롭(438)에 저장되며 이후 다음 전송신호가 발생될 때까지 합산기(434)는 제1 디플립플롭(438)의 출력을 제로계수 검출부(420)의 출력과 합산한다.

이어서, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 동작을 도 6에 도시된 타이밍도를 참조하여 자세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예에서 줄길이 부호화기로 ....0, 0, 0, L1, 0, L2, 0, 0, L3, L4, L5, L6, 0....입력되어 (3,L1),(1,L2),(2,L3),(0,L4),(0,L5),(0,L6)...로 줄길이 부호화된다. 도 6에서 (가)는 시스템 클럭(CLK1)을 나타내고, (나)는 시스템 클럭이 2분주된 제2클럭(CLK2)을 나타내며, (다)는 멀티플랙서(도4의 410)의 출력을 나타낸다. 도 6의 (다)에서 멀티플랙서의 출력은 시스템 클럭(CLK1)이 하이일 경우에는 홀수 DCT 계수를, 로우일 경우에는 짝수 DCT 계수를 각각 나타낸다. 도 6의 (라)는 제로계수 검출부(420)의 출력으로서 입력된 DCT 계수가 0이면 로우가, 0이 아니면 하이가 된다. 도 6의 (마)에 도시된 바와 같이, 레벨 카운터(430)의 카운트값은 제2클럭(CLK2)에 따라 제로계수 검출부(420)가 출력하는 1을 카운트하여 1,2,3..이 된다.

레벨 카운터(430)의 카운트값이 "3"이 되면 비교기(440)가 전송신호를 하이로 출력함과 아울러 레벨 카운터(430)에 프리셋신호를 제공하게 되고, 이에 따라 레벨 카운터의 카운트값은 1로 프리셋되는 것을 알 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 줄길이 부호기의 전송신호 발생장치는 하나의 시스템 클럭에 한쌍의 픽셀을 부호화하여 (런,레벨)을 발생할 경우에 3개 이상의 (런,레벨)이 발생되면, 먼저 발생된 2개의 (런,레벨)을 전송하므로써 전송속도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 한 시스템 클럭에 한쌍의 픽셀 데이터를 처리하도록 설계된 영상 엔코더에서 상기 시스템 클럭에 따라 홀수 DCT 계수와 짝수 DCT 계수를 입력받아 적어도 3개이상의 (런,레벨)이 발생될 경우 전송신호를 발생하여 먼저 2개의 (런,레벨)을 전송하도록 된 줄길이 부호기의 전송신호 발생장치에 있어서,

   상기 시스템클럭에 따라 홀수 DCT 계수 혹은 짝수 DCT 계수를 선택하기 위한 멀티플랙서(410);

   상기 멀티플랙서(410)가 출력하는 DCT 계수가 제로인 것을 검출하기 위한 제로계수 검출부(420);

   제2클럭에 따라 상기 제로계수 검출부의 출력에서 넌제로인 계수를 카운트하기 위한 레벨 카운터(430); 및

   상기 레벨 카운터(430)가 출력하는 카운트값을 소정의 기준값과 비교하여 전송신호를 발생하는 비교기(440)를 포함하는 줄길이 부호기의 전송신호 발생장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 레벨 카운터(430)가,

   프리셋 가능한 바이너리 카운터(432)로 구현되는 것을 특징으로 하는 줄길이 부호기의 전송신호 발생장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 레벨 카운터(430)가,

   전송신호에 따라 클리어되며 합산된 값을 일시 저장하는 제1 디플립플롭(438)과, 상기 제1 디플립플롭의 출력을 상기 제로계수 검출부(420)의 출력과 합산하기 위한 합산기(434), 전송신호가 발생된 후 첫 번째 클럭에서 상기 합산기(434)에 1을 제공하기 위한 제2 디플립플롭(436)로 구성되는 줄길이 부호기의 전송신호 발생장치.

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