KR100253931B1 - 디지탈 영상 시퀀스의 디코딩 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기준 프레임을 압축 형태로 저장하므로써 디코딩 부시스템의 메모리 요건을 감소시키는 방법 및 장치를 제공한다. 상기 방법에 따라 시퀀스에서의 기준 픽처가 디코딩된다. 그다음, 디코딩된 기준 픽처는 압축되어 메모리에 저장된다. 기준 프레임이 모션 보상에 필요해지면 압축해제된다.

Description

디지탈 영상 시퀀스의 디코딩 방법 및 장치
본 발명은 데이타 압축에 관한 것으로, 특히 디지탈 동영상 신호(digital motion video signals)를 압축해제시키는 시스템 및 기법에 관한 것이다.
디지탈 전송망, 디지탈 저장매체, 초집적(VLSI) 장치, 그리고 영상 및 오디오신호의 디지탈 처리에 관한 기술 발전은 폭넓은 응용분야에 디지탈 영상의 전송 및 저장을 경제적으로 만드는데 집중되고 있다. 디지탈 영상 신호의 저장 및 전송은 다수의 응용분야에서 중심이 되며, 압축되지 않은 영상 신호의 표현은 상당한 양의 저장영역을 필요로 하므로, 디지탈 영상 압축 기법을 사용하는 것은 이 분야에 있어서 상당히 중요하다. 이러한 점에서, 지난 십년동안 디지탈 영상 신호의 압축에 대한 국제 표준이 몇몇 있어 왔다. 이들 표준은 영상 전화 및 원격 회의;동축 및 광섬유망상의 양질의 디지탈 텔레비젼 전송 뿐만 아니라 지상으로 및 직접적인 방송위성을 통한 방송;CD-ROM상의 대화형 멀티미디어 제품, 디지탈 오디오 테이프 및 윈체스터(Winchester) 디스크 드라이브를 포함하는 각종 응용 분야에서 압축된 디지탈 영상을 저장 및 전송하기 위한 알고리즘에 적용된다.
이들 몇몇 표준은 압축 기법, 예를 들어, CCITT(Consulative Committee on International Telegrapy and Telephony) 권고 H.120, CCITT 권고 H.261, 그리고 ISO/IEC MPEG-1 및 MPEG-2 표준의 공통된 핵심을 기반으로 한 알고리즘을 포함한다. MPEG 알고리즘은 ISO(International Standards Organization)와 IEC(International Electrotechnical Commission)의 기술 위원회의 부서인 MPEG(Moving Picture Experts Group)에 의해 개발되어 왔다. MPEG 위원회는 영상 및 관련된 오디오 신호의 다중화되고 압축된 표현을 위한 표준을 개발해 왔다.
영상 디코더는 전형적으로 범용 또는 특수 목적 프로세서 및 메모리로써 구현된다. 종래의 MPEG-2 디코더인 경우, 두 디코딩된 기준 프레임은 전형적으로 동시에 메모리에 저장된다. 따라서, 메모리의 비용이 종종 디코딩 부시스템의 비용을 좌우하게 된다.
본 발명의 목적은 기준 프레임을 압축 형태로 저장하므로써 디코딩 부시스템의 메모리 요건을 감소시키는 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다. 상기 방법에 따라, 시퀀스(sequence)의 기준픽처(reference picture)가 디코딩 된다. 그다음, 디 코딩된 픽처는 압축되어 메모리에 저장된다. 기준 프레임이 모션 보상(motion compensation)에 필요해지면 압축해제된다.
도1은 픽처 그룹(GOP)의 전형적인 쌍을 도시하는 도면.
도2는 (4:2:0 포맷에 대한) 픽처의 전형적인 매크로블럭(MB) 세분화를 도시하는 도면.
도3은 본 발명의 원리에 따르는 디코더의 블럭도.
도4는 종래의 디코더에서의 메모리 사용을 도시하는 도면.
도5는 도3의 기준 프레임 압축기의 제1 실시예에 따르는 메모리 사용을 도시하는 도면.
도6은 도3의 기준 프레임 압축기의 제2 실시예에 따르는 메모리 사용을 도시하는 도면.
도7은 도3의 기준 프레임 압축기의 실시예를 도시하는 블럭도.
도8은 도3의 기준 프레임 압축해제기의 실시예를 도시하는 블럭도.
도9는 도7의 기준 프레임 압축기의 메모리 사용을 도시하는 도면.
도10은 본 발명의 원리에 따르는 디코딩 방법의 흐름도.
도11은 종래의 디코더의 블럭도.
도12는 도10의 디코딩 방법의 실시예를 도시하는 상세한 흐름도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
302 : 압축 데이타 메모리 312 : 기준 프레임 메모리
327 : 기준 프레임 압축해제기 328 : 기준 프레임 압축기
1) MPEG-2의 환경
본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여, MPEG-2 디코더와 관련하여 본 발명이 적용될 수 있다는 이유에서, MPEG-2 압축 알고리즘의 적절한 양상을 검토할 것이다. 그러나, 본 발명은 또한 MPEG-2 알고리즘의 소정 특징을 공유하는 다른 영상 코딩 알고리즘에도 적용될 수 있다는 것을 알아야 한다.
먼저, 텍스트 페이지, 이미지(image) , 스피치 세그먼트 또는 영상 시퀀스와 같은 데이타 대상의 압축은 1) 그 대상을 토큰(token) 집합으로 분해시키고; 2) 이들 토큰을 소정 의미의 최소 길이를 가지는 이진 스트링으로써 표시하고; 3) 양호하게 정의된 순서로 스트링을 연결하는 일련의 단계로서 생각할 수 있다. 단계 2 및 단계 3은 손실이 없다. 즉, 원 데이타가 역으로 충실하게 복구될 수 있으며, 단계 2는 엔트로피 코딩 (entropy coding)으로 알려져 있다. 단계 1은 통상적으로 손실이 있을수도 있고 없을 수도 있다. 대부분의 영상 압축 알고리즘은 엄격한 비트율 요건으로 인하여 손실이 있다. 성공적인 손실있는 압축 알고리즘은 불필요하고 부적절한 정보를 제거하므로써, 시각적으로 중요하지 않을 것 같은 비교적 큰 에러를 허용하고, 사람인 관찰자가 상당히 민감한 시퀀스의 특징을 신중하게 표시한다. 단계 1에서 MPEG-2 알고리즘에 사용되는 기법은 예측/보간 모션-보상 하이브리드 DCT/DPCM 코딩으로서 기술될 수 있다. 단계 2는 가변길이 코딩으로 알려진 허프만 코딩(Huffman coding)을 사용한다.
MPEG-2 영상 표준은 1994년 국제 표준, 영상, ISO-IEC JTC1/SC29/WG11,동영상 및 관련된 오디오 정보의 일반적 코딩에서 설명되는 전송을 위한 영상의 코딩 표현을 명시한다. 이 알고리즘은 인터레이스된 성분 영상 또는 비인터레이스된 성분의 영상에 동작하도록 설계된다. 각 픽처는 휘도(Y), 적색 차(Cr) 및 청색 차(Cb)의 세 성분을 가진다. 영상 데이타는 각 Y 샘플에 대하여 하나의 Cr 및 하나의 Cb가 있는 경우에는 4:4:4 포맷으로, 수평 방향에서의 Cr 및 Cb 샘플의 수가 휘도 샘플 수의 절반인 경우에는 4:2:2 포맷으로, 수평 및 수직 방향에서의 Cr 및 Cb샘플의 수가 휘도 샘플의 수의 절반인 경우에는 4:2:0 포맷으로 코딩될 수 있다.
MPEG-2 데이타열은 층을 이루는 것으로 간주될 수 있는 시스템 데이타열내에 시스템 정보 및 가능한 다른 비트열과 함께 패키지되는 영상열 및 오디오열로 구성된다. MPEG-2 데이타열의 영상층 내에는 압축 데이타가 층으로 놓인다. 층구조의 설명은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것이다. MPEG-2 영상 층구조에서 이들 층들은 도 1-2에 도시되어 있다. 층들은 압축된 비트열의 구성뿐만 아니라 압축알고리즘의 동작에도 관계한다. 최고층은 전체 시퀀스에 대한 제어 정보 및 파라미터를 포함하는 영상 시퀀스층이다. 다음 층에서, 하나의 시퀀스는 "픽처 그룹(GOP:Group of Pictures)"으로 각각 알려진 연속적인 픽처 셋트로 세분화된다. 도1에는 이 층이 통상적으로 도시되어 있다. 디코딩은 선행하는 GOP에 본질적으로 독립적인 소정 GOP의 개시시에 시작될 수 있다. GOP에 있을 수 있는 픽처의 수는 제한되지 않으며 또한, 모든 GOP의 픽처의 수를 동일하게 할 필요는 없다.
제3층 또는 픽처층은 단일 픽처이다. 도2에는 이 층이 통상적으로 도시되어 있다. 각 픽처의 휘도 성분은 16×16 영역으로 세분화된다. 색차 성분은 16×16 휘도 영역과 공간적으로 동일하게 위치되는 적절한 크기의 블럭으로 세분화된다. 4:4:4 영상인 경우에 색차 성분은 16×16,4:2:2 영상인 경우에 색차 성분은 8 ×16, 4:2:0 영상인 경우에 색차 성분은 8×8이다. 이들 동일하게 위치되는 휘도 영역 및 색차 영역은 함께 "매크로블럭(macroblock: MB)"으로 알려진 제5층을 이룬다. 픽처의 매크로블럭은 매크로블럭 1로 시작하여 사전편집 순서대로 연속적으로 순서화 된다.
픽처층과 MB층 사이에 제4층 또는 ''슬라이스(slice)''층이 있다. 각 슬라이스 소정 수의 연속된 MB로 구성된다. 마지막으로, 각 MB는 4개의 8×8 휘도 블럭 및 (4:4:4, 4:2:2 및 4:2:0인 경우) 8,4 또는 2 색도 블럭으로 구성된다. 시퀀스층, GOP층, 픽처층 및 슬라이스층은 모두 그들과 관련된 헤더를 가진다. 헤더는 바이트-정렬 개시 코드로 시작하고, 대응하는 층에 포함된 데이타에 적절한 정보를 포함한다.
픽처는 필드(field) 구조 또는 프레임(frame) 구조일 수 있다. 프레임 구조의 픽처는 전체 프레임을 재구성하기 위한 정보, 즉, 기수선(odd lines)을 포함하는 하나의 필드와 우수선(even lines)을 포함하는 또 다른 필드의 조합을 포함한다. 필드구조의 픽처는 하나의 필드를 재구성하기 위한 정보를 포함한다. [픽셀(picture elements 또는 pixels)에서] 각 휘도 프레임의 폭은 C로서 표기되고 높이는 R로서 표시하는 경우 (C는 열, R은 행), 프레임 구조의 픽처는 C×R 픽셀에 대한 정보를 포함하고, 필드 구조 픽처는 C× R/2 픽셀에 대한 정보를 포함한다.
하나의 프레임에서 두 필드는 상부 필드와 하부 필드이다. 1로부터 시작하는 프레임에서 라인을 세는 경우, 상부 필드는 기수선(1,3,5,...)을 포함하고, 하부필드는 우수선(2,4,6,...)을 포함한다. 따라서, 상부 필드를 기수 필드로 부르고, 하부 필드는 우수 필드로 칭할 수 있다.
필드 구조의 픽처에서 매크로블럭은 단일 필드로부터 16×16 픽셀 세그먼트를 포함한다. 프레임 구조의 픽처에서 매크로블럭은 두 필드로 구성되는 프레임으로부터 16×16 픽셀 세그먼트를 포함한다. 각 매크로블럭은 두 필드의 각각으로부터 16×8 영역을 포함한다.
GOP 내에는 3가지 유형의 픽처가 나타날 수 있다. 픽처 유형들간에 차이를 구별하기 위하여 압축 방법이 사용된다. 제1 유형, 인트라모드(Intramode) 픽처 또는 I 픽처는 다른 픽처와 독립적으로 압축된다. 비록 I 픽처들간의 거리에 정해진 상한선은 없지만, I 픽처들은 랜덤 액세스 및 다른 특수 유형의 동작을 용이하게 하기 위하여 시퀀스에 걸쳐 빈번히 산재될 것으로 기대된다. 예측 모션 압축 픽처(P픽처)는 그 픽처에, 이전에 디스플레이된 I 또는 P 픽처로부터 재구성된 두 필드를 플러스한 압축 데이타로부터 재구성된다. 양방향 모션 보상 픽처(B 픽처)는 그 픽처에, 이전에 디스플레이된 I 또는 P 픽처로부터 재구성된 두 필드와, 장래에 디스플레이될 I 또는 P 픽처로부터 재구성된 두 필드를 플러스한 압축 데이타로부터 재구성된다. 재구성된 I 또는 P 픽처는 다른 픽처를 재구성하는데 사용될 수 있으므로, 기준 픽처로 칭해진다.
MPEG-2 표준에서, 하나의 프레임은 프레임 구조의 픽처로서 또는 두 필드 구조의 픽처로써 코딩될 수 있다. 프레임이 두 필드 구조의 픽처로 코딩되는 경우, 두 필드가 모두 I 픽처로 코딩되거나, 제1 필드는 I 픽처로, 제2 필드는 P 픽처로 코딩되거나, 두 필드가 P 픽처로 구성되거나, 두 필드가 모두 B 픽처로 코딩될 수 있다.
하나의 프레임이 프레임 구조의 I 픽처, 두 필드 구조의 I 픽처, 필드 구조의 I 픽처에 이은 필드 구조의 P 픽처로 코딩되는 경우, 이 프레임을 I 프레임이라 칭하고, 이 프레임은 이전 프레임으로부터의 픽처 데이타를 사용하지 않고 재구성될수 있다. 하나의 프레임이 프레임 구조의 P 픽처 또는 두 필드 구조의 P 픽처로 코딩되는 경우, 이 프레임을 P 프레임으로 칭하고, 이 프레임은 현 프레임과 이전에 코딩된 I 또는 P 프레임의 정보로부터 재구성될 수 있다. 하나의 프레임이 프레임구조의 B 픽처 또는 두 필드 구조의 B 픽처로 코딩되는 경우, 이 프레임을 B 프레임이라 칭하고, 이 프레임은 현 프레임과 이전에 코딩된 두 I 또는 P 프레임(즉, B프레임전 및 후에 나타나는 I 또는 P 프레임)의 정보로부터 재구성될 수 있다. I 또는 P 프레임은 기준 프레임으로 참조된다.
공통된 압축 기법은 변환 코딩이다. MPEG-2 및 몇몇 다른 압축 표준에서, 이산 코사인 변환(DCT)은 선택 변환이다. I 픽처의 압축은 1) 픽셀 블럭의 DCT를 행하는 단계, 2) DCT 계수를 양자화하는 단계, 3) 그 결과에 허프만 코딩을 행하는 단계로써 성취된다. MPEG-2에서, DCT 동작은 n×n 픽셀 블럭을 변환 계수의 n×n 셋트로 변환시킨다. 몇몇 국제 압축 표준과 같이, MPEG-2 알고리즘은 8×8의 DCT 블럭 크기를 사용한다. 자동적인 DCT 변환은 손실이 없는 동작으로, 계산 장치의 정밀도 및 수행되는 알고리즘 내로 전환될 수 있다.
제2 단계, DCT 계수의 양자화는 MPEG-2 알고리즘에서 손실의 주된 원인이다. 절단 또는 라운딩에 의한 교정을 제외하고, DCT 계수의 2차원 배열의 요소를 cmn(m 및 n은 0 내지 7의 범위일 수 있다)으로 표기하면, 양자화는 각 DCT 계수 cmn을, wmn 곱하기 QP로써 제산하므로써 성취된다(wmn은 가중인자, QP는 양자화기 파라미터). 가중인자 wmn은 거친 양자화가 시각적으로 중요하지 않은 계수에 적용될 수 있게 한다. 양자기 파라미터 QP는 MPEG-2에서 질(quality) 대 비트율을 트레이드오프(trade off)하는 주된 수단이다. QP가 픽처내의 MB로부터 MB로 변할 수 있다는 것은 상당히 중요하다.
양자화후에, 각 MB에 대한 DCT 계수 정보는 허프만 코드 셋트를 사용하여 편성 및 코딩된다. 이 단계는 본 발명을 이해하는 데 중요하지 않으며, 본 기술분야에 잘 알려져 있으므로 상세한 설명을 하지 않을 것이다.
대부분의 영상 시퀀스는 연속된 픽처들간에 높은 상관도를 나타낸다. 픽처를 코딩하기 전에 이 중복성(redundancy)을 제거하는 유용한 방법은 "모션 보상"이다. MPEG-2은 몇몇 모션 보상 방법에 관한 툴(tools)을 제공한다.
모션 압축 방법은 공통적으로 다음과 같다. 각 매크로블럭에 대하여, 비트열에 하나 또는 그이상의 모션 벡터가 인코딩된다. 이들 모션 벡터는 디코더가 예측매크로블럭이라 칭하는 매크로블럭을 재구성할 수 있게 한다. 인코더는 인코딩된 매크로블럭으로부터 "예측" 매크로블럭을 감산시켜 "차이" 매크로블럭을 형성한다. 인코더는 인트라매크로블럭을 압축하는 데 사용된 툴과 본질적으로 유사한 툴을 사용하여 차이 매크로블럭을 압축한다.
픽처의 유형은 사용될 수 있는 모션 보상 방법을 결정한다. 인코더는 픽처의 각 매크로블럭에 대하여 이들 방법중에 선택한다. 모션 보상이 사용되지 않는 경우, 매크로블럭은 인트라(I)이다. 인코더는 소정 매크로블럭을 인트라로 만들 수 있다. P 또는 B 픽처에서는 포워드(F) 모션 보상이 사용될 수 있는 데, 이 경우, 예측 매크로블럭은 이전의 I 또는 P 프레임의 데이타로부터 형성된다. B 픽처에서는 백워드(B) 모션 보상이 또한 사용될 수 있는 데, 이 경우, 예측 매크로블럭은 장래 I 또는 P 프레임의 데이타로부터 형성된다. 또한, B 픽처에서는, 포워드/백워드(FB)모션 보상이 사용될 수 있는 데, 이 경우 예측 매크로블럭은 이전의 I 또는 P 프레임, 및 장래 I 또는 P 프레임의 데이타로부터 형성된다.
I 및 P 픽처는 다른 픽처(B 및 P 픽처)를 재구성하는데 기준으로 사용되므로 기준 픽처로서 참조된다. 두 기준 프레임은 B 프레임을 재구성하는 데 필요하므로, MPEG-2 디코더는 전형적으로 두 개의 디코딩된 기준 프레임을 메모리에 저장한다. 종래의 디코더에서 기준 프레임의 메모리 사용은 도4에 도시되어 있는데, 여기서, 이 프레임은 높이 H 와 폭 W를 가진다.
각 MB를 코딩하는 데 사용되는 MB 모드와, 이 모드에 관련된 모션 벡터에 관한 부차적인 정보를 코딩하는 것을 제외하면, 모션 보상 매크로블럭의 코딩은 인트라모드 MB의 코딩과 상당히 유사하다. 양자화시에 작은 차이가 있지만, wmn 곱하기 QP에 의한 제산 형태는 여전히 유지된다.
MPEG-2 알고리즘은 고정된 비트율 전송 매체와 사용될 수 있다. 그러나, 각 픽처의 비트수는 픽처 처리의 상이한 유형뿐만 아니라 코딩되는 장면의 시공이 복잡한 기간의 고유 변동으로 인하여 정확히 일정하지는 않을 것이다. MPEG-2 알고리즘은 버퍼 계열 제어 전략을 사용하여, 비트율에 허용된 변동에 의미있는 한계를 둔다. 영상 버퍼 검증기(Video Buffer Verifier: VBV)는 가상 버퍼의 형태로 고안되는 데, 그들의 유일한 작업은 각 픽처를 코딩하는 데 사용되는 비트의 수를 제한하여 전반적인 비트율이 목표 배정과 동일하게 하고 목표로부터 단기 편차를 제한하는 것이다. 이 율 제어 방안은 다음과 같이 설명될 수 있다. 버퍼와, 이 버퍼에 후속한 가설 디코더로 구성되는 시스템을 고려한다. 이 버퍼는 저장매체로부터 비트열의 압축된 데이타에 의해 일정한 비트율로 채워진다. 버퍼 크기 및 비트율은 압축된 비트열로 전송되는 파라미터이다. 비트열에서 정보로부터 유도된 초기 지연후에, 가설 디코더는 제1 픽처와 관련된 데이타의 모든 버퍼로부터 동시에 제거된다. 그후, 시퀀스의 픽처율과 동일한 기간으로, 디코더는 버퍼에서 최초의 픽처와 관련된 모든 데이타를 제거한다.
도11은 종래의 영상 디코더의 블럭도이다. 압축 데이타는 신호(1101)로서 입력되어, 압축 데이타 메모리(1102)에 저장된다. 가변길이 디코더(1104)는 압축 데이타인 신호(1103)를 판독하여, 모션 압축 정보를 신호(1108)로서 모션 압축 장치(1109)로, 양자화 계수를 신호(1107)로서 역 양자화 장치(1110)로 송신한다. 모션 압축 장치는 기준 프레임 메모리(1112)로부터의 기준 데이타인 신호(1111)를 판독하여, 예측 매크로블럭을 형성하고, 이 예측 매크로블럭은 신호(1114)로서 가산기(1117)로 전송된다. 역 양자화 장치는 비양자화 계수를 계산하여, 이를 신호(1113)로서 역변환 장치(1115)로 전송한다. 역변환 장치는 비양자화 계수의 역 변환으로서 재구성된 차이 매크로블럭을 계산한다. 재구성된 차이 매크로블럭은 신호(1116)로서 가산기(1117)로 전송되고, 여기서 예측 매크로블럭에 가산된다. 가산기(1117)는 재구성된 차이 매크로블럭과 예측 매크로블럭의 합으로서 재구성된 매크로블럭을 계산한다. 그다음, 재구성된 매크로블럭은 신호(1118)로서 디멀티플렉서(1119)로 전송되고, 디멀티플렉서는 매크로블럭이 기준 픽처로부터 온 것이면 재구성된 매크로블럭을 신호(1121)로서 기준 메모리에 저장하거나 또는 신호(1120)로서 (메모리 또는 디스플레이로) 전송시킨다.
2) 디코더의 바람직한 실시예
이제, 본 발명의 원리에 따르는 디코딩 방법을 기술할 것이다. 기준 픽처는 압축 형태로 메모리에 저장된다. 사용된 압축 방법은 손실이 있거나 또는 손실이 없을 수 있으며, 보다 간단한 것이 바람직하므로, 초기에 영상을 압축하는데 사용된 압축과 상이하다. 손실이 있는 압축의 실시예에서, 디코딩 방법은 부정확할 수 있으므로, 디코딩된 출력 영상 신호는 전형적으로 종래의 영상 디코더의 출력 신호와 상이할 것이다.
도10에는 디코딩과 관련된 단계가 도시되어 있다. 단계(1001)에서, 픽처는 디코딩되고, 모션 보상에 필요한 데이타는 사용전에 압축해제된다. 단계(1002)에서, 디코딩된 픽처가 기준(I 또는 P) 픽처인지의 여부를 검사한다. 만약 기준 픽처인 경우, 제어는 단계(1003)로 진행되고, 기준 픽처가 아닌 경우 제어는 단계(1004)로 진행된다. 단계(1003)에서, 기준 픽처는 압축되어 메모리에 저장되며, 제어는 단계(1004)로 진행된다. 단계(1004)에서, 다음 픽처로 가고 제어는 단계(1001)로 복귀한다.
도3에는 본 발명의 실시예에 따르는 디코더의 블럭도가 도시되어 있다. 도3의 디코더는 하나 또는 그이상의 메모리 장치에 연결된 특용 집적 회로(application specific integrated circuit: ASIC)로서 바람직하게 구현된다. 압축 데이타는 신호(301)로서 입력되어, 압축 데이타 메모리(302)에 저장된다. 가변길이 디코더(304)는 압축 데이타인 신호(303)를 판독하여, 모션 보상 정보인 신호(308)를 모션 보상 장치(309)로 전송시키고, 양자화 계수인 신호(307)를 역 양자화 장치(310)로 전송시킨다. 기준 프레임 압축해제기(327)는 기준 프레임 메모리(312)로부터 압축된 기준 프레임데이타 신호(326)를 판독하여, 압축해제된 기준 프레임 데이타 신호(311)를 모션 보상 장치로 전송한다. 모션 보상 장치는 신호(311) 및 신호(308)를 사용하여 예측 매크로블럭을 형성하여, 이를 신호(314)로서 가산기(317)로 전송한다. 역 양자화 장치는 비양자화 계수를 계산하여, 이를 신호(313)로서 역변환 장치(315)로 전송한다.
역변환 장치는 비양자화 계수의 역 변환으로써 재구성된 차이 매크로블럭을 계산한다. 재구성된 차이 매크로블럭은 신호(316)로서 가산기(317)로 전송되고, 여기서 예측 매크로블럭에 부가된다. 가산기(317)는 재구성된 차이 매크로블럭과 예측 매크로블럭의 합으로서 재구성된 매크로블럭을 계산한다. 그다음, 재구성된 매크로블럭신호(318)는 디멀티플렉서(319)로 전송되고, 디멀티플렉서는 매크로블럭이 기준 픽처로부터 온 것이면 재구성된 매크로블럭 신호(321)를 기준 프레임 압축기(327)로 전송하거나, 매크로블럭이 B 픽처로부터 온 것이면 데이타를 신호(320)로서 송신시켜 버린다. 기준 프레임 압축기(328)는 재구성된 매크로블럭[신호(321)]을 압축하고, 압축된 버전의 매크로블럭 신호(325)를 기준 프레임 메모리에 저장한다. 기준 데이타는 기준 프레임 압축해제기에 의해 압축해제된 후에 신호(324)로서 독출(read out)된다.
기준 프레임 압축기(328)의 제1 실시예에서, 각 기준 프레임은 보다 작은 버전의 프레임으로 스케일링되어 메모리에 저장된다. 예를 들면, 각 프레임은 수직이 아닌 두 개의 수평 인자에 의해 스케일링될 수 있다. 도5에는 이러한 스케일링이 도시되어 있다. 본 발명은 기준 프레임 저장을 위하여 종래의 디코더가 사용했던 메모리의 단지 절반만을 필요로 한다는 것을 주목해야 할 것이다.
기준 프레임 압축기의 제1 실시예에 있어서, 기준 프레임 압축해제기(327)는 기준 프레임을 원래의 크기로 다시 스케일링한다. 예를 들면, 기준 프레임 압축기(328)가 수직이 아닌 두 수평 인자에 의해 스케일링하는 경우, 기준 프레임 압축해제기(327)는 스케일링된 프레임에서 픽셀을 되풀이하므로써, 원래의 크기로 다시 스케일링할 수 있다.
기준 프레임 압축기의 제2 실시예에서, 각 기준 프레임은 보다 작은 버전의 프레임으로 스케일링되어 메모리에 저장되고, 증대 버전의 기준 프레임이 또한 메모리에 저장된다. 이 증대 버전은 P 픽처의 모션 보상에 대한 스케일링 버전과 함께 사용된다. P 픽처가 디코딩될 때, 디코딩되는 P 픽처에 더 이상의 모션 보상이 필요없는 경우에 증대 버전의 이전 기준 프레임이 중복 기록된다. 이것은 B 픽처가 디코딩될 때, 스케일링 버전 및 증대 버전의 장래 프레임이 모션 보상에 사용가능하지만, 단지 스케일링 버전의 이전 프레임이 사용가능하게 될 것이라는 것을 의미한다. 예를 들어, 각 프레임은 수직이 아닌 두 수평 인자에 의해 스케일링되어 스케일링 버전을 생성한다. 이 스케일링은 수평적으로 다른 모든 픽셀을 버리므로써 행해진다. 버려진 픽셀은 증대 버전으로 사용된다. 이러한 경우, 증대 버전과 스케일링 버전을 모두 사용하므로써, 프레임은 정확하게 재구성될 수 있다. 이것은 P 픽처 (및, I 픽처)는 정확하게 재구성되지만 B 픽처는 정확하게 재구성되지 않는 다는 것을 의미한다. 본 실시예를 위한 메모리 할당은 도6에 도시되어 있다.
기준 프레임 압축기의 이 실시예에서, 기준 프레임 압축해제기는 스케일링버전만이 메모리에 저장된 경우에는 스케일링 버전만을 사용하고, 스케일링 버전 및 증대 버전을 모두 사용가능한 경우에는 두 버전을 모두 사용하므로써 기준 프레임을 원래의 크기로 스케일링한다.
도12에는 기준 프레임 압축기의 제2 실시예를 사용하는 디코더의 동작이 흐름도로서 도시되어 있다. 단계(1201)는 디코딩될 픽처가 B 픽처인지를 조사한다. 만약 B 픽처이면 제어는 단계(1202)로 진행되고, 아닌 경우에 제어는 단계(1203)로 진행된다. 단계(1202)는 모션 보상을 위하여 스케일링된 이전 프레임과 스케일링 및 증대된 장래 프레임을 사용하여 B 픽처를 디코딩한다. 단계(1203)는 스케일링 및 증대 버전의 이전 프레임을 사용하여 기준 픽처를 디코딩한다. 단계(1203)후에, 제어는 단계(1204)로 진행되어, 여기서, 스케일링 및 증대 버전의 픽처를 메모리에 저장하고, 증대 버전은 이전 프레임의 데이타를 중복 기록한다. 단계(1204) 또는 단계(1202) 후에, 제어는 단계(1205)로 진행되고, 여기서, 다음 픽처의 디코딩으로 이동한다. 그 다음, 제어는 단계(1201)로 복귀한다.
기준 프레임 압축기의 제3 실시예는 도7에 도시되어 있다. 기준 데이타는 블럭으로 분할되고, 이들 블럭은 신호(701)로서 하다마르 변환 장치(Hadamard transform unit)(702)로 전송된다. 하다마르 변환은 C. Gonzalez 및 P. Wintz의 "디지탈 이미지 처리" 1987년 제2판, 섹션3.5.2.에 정의되어 있다. 이 제3 실시예에서, 데이타는 4×1 블럭으로 분할된 다음, 4×1 하다마르 변환이 행해진다. 4×1 하다마르 변환에 대한 입력을 x0, x1, x2 및 x3로 표기하고 출력을 y0, y1, y2 및 y3으로 표기하면, 출력은:
y0 = x0 + x1 + x2 + x3
y1 = x0 + x1 - x2 - x3
y2 = x0 - x1 - x2 + x3
y3 = x0 - x1 + x2 - x3
하다마르 계수는 신호(703)로서 제산 및 라운드(round) 장치(704)로 전송되고, 이 장치는 각 계수를 제산하여 가장 가까운 정수로 라운딩시킨다. 이 실시예에서, 계수 y0는 4로 제산되고, 다른 계수는 8로 제산된다. 라운딩된 계수는 신호(705)로서 클리핑 장치(706)로 전송되고, 각 계수를 일정 간격으로 클리핑하여 신호(707)로서 출력한다. 이 실시예에서, 계수 y0는 간격[0,255]로 클리핑되고, 계수 y1은 간격[-32,31]로 클리핑되고, 계수 y2 및 y3는 간격[-16,15]로 클리핑된다. 계수를 간격[A, B]로 클리핑하는 것은 A보다 작은 경우 A로 대치되고, B 보다 큰 경우에는 B로 대치되며, 그렇지 않은 경우에는 변경되지 않는다는 것을 의미한다. y0는 [0,255]에서의 정수이므로, 8비트로 표시될 수 있고, y1은 [-32,31]에서 정수이므로 6비트로 표시될 수 있고, y2 및 y3는 [-16,15] 정수이므로 5 비트로 각각 표시될 수 있다. 따라서, y0, y1, y2 및 y3은 총 8+6+5+5=24 비트로 표시될 수 있다. 이 실시예에서, 입력 데이타(x0, x1, x2, x3)는 8 비트 수이므로, 압축율은 4×8 : 24 = 4 : 3이다. 도9에는 이 실시예에 대한 메모리 사용이 도시되어 있으며, 각 압축된 행은 압축되지 않은 행의 저장소의 3/4를 사용하는 것으로 도시된다.
도7의 기준 프레임 압축기가 사용될 때, 도3의 디코더와 함께 사용하기에 적합한 기준 프레임 압축 해제기의 실시예는 도8에 도시되어 있다. 압축된 기준프레임 데이타는 신호(804)로서 승산기(801)로 전송된다. 이 실시예에서, 각 4×1블럭에서의 제1 계수는 1배로 되고 다른 계수들은 2배로 된다. 그 다음, 이들은 신호(805)로서 하다마르 변환 장치로 전송되고, 이 하다마르 변환 장치는 각 4×1 블럭상에 하다마르 변환을 행한다. 그 후, 변환된 데이타는 신호(806)로서 클리핑 장치(803)로 전송되고, 이 클리핑 장치는 각 입력을 [0,255]로 클리핑시키고, 클리핑된 데이타를 신호(807)로서 송신시킨다.
본 발명은 바람직한 실시예로써 기술되었지만, 당업자라면 본 발명의 각종변형 및 개량을 할 수 있다는 것을 알 것이다. 따라서, 바람직한 실시예는 예로서 제공되었을 뿐이지 본 발명을 제한하려는 것은 아니다. 본 발명의 범주는 첨부된 특허청구범위로써 한정된다.

Claims (16)

  1. (정정) 디지탈 영상 시퀀스를 디코딩하는 방법에 있어서, 상기 시퀀스 내의 제1 픽처(picture)를 디코딩 하는 단계; 비정수를 포함하는 압축율로 상기 제1 픽처를 압축하는 단계; 상기 압축된 픽처의 표현(compressed representation of the picture)을 메모리에 저장하는 단계; 상기 제1 픽처의 상기 압축된 표현의 영역을 압축해제하는 단계;및 상기 압축해제에 응답하여, 상기 시퀀스 내의 제2 픽처의 영역을 디코딩하는 단계를 포함하는 디지탈 영상 시퀀스 디코딩 방법.
  2. (정정) 제1항에 있어서, 상기 압축 단계는 수평 및 수직 방향 중 적어도 한방향으로 상기 픽처를 보다 작은 픽처로 스케일링하는 단계를 포함하는 디지탈 영상 시퀀스 디코딩 방법.
  3. (정정) 제2항에 있어서, 상기 스케일링 단계는 상기 수평 방향으로 2의 인자(a factor of two)로 스케일링하는 단계를 포함하는 디지탈 영상 시퀀스 디코딩 방법.
  4. (정정) 제2항에 있어서, 상기 제1 픽처의 증대 버전(enhancement version)을메모리에 저장하는 단계를 더 포함하는 디지탈 영상 시퀀스 디코딩 방법.
  5. (정정) 제1항에 있어서, 상기 압축 단계는 상기 픽처를 영역들로 분할하는(segmenting) 단계; 상기 각 영역 상에서 선형 변환을 수행하여 변환 계수들(transform coefficients)을 생성하는 단계; 및 상기 변환 계수들을 양자화하는(quantising) 단계를 포함하는 디지탈 영상 시퀀스 디코딩 방법.
  6. (정정) 제5항에 있어서, 상기 선형 변환은 하다마르 변환(Hadamard transform)인 디지탈 영상 시퀀스 디코딩 방법.
  7. (정정) 압축된 디지탈 영상 시퀀스를 디코딩하는 장치에 있어서, 기준 프레임들로부터 기준 영역들을 계산하기 위한 모션 보상 장치(motion compensation unit); 비정수를 포함하는 압축율로 상기 기준 프레임들을 압축하여 메모리에 저장하기 위한 기준 프레임 압축기(reference frame compression engine); 및 상기 압축된 기준 프레임들의 영역들을 압축해제하고, 상기 압축해제된 영역들을 상기 모션 보상 장치에 제공하기 위한 기준 프레임 압축해제기(reference frame decompression engine) 를 포함하는 디지탈 영상 시퀀스 디코딩 장치.
  8. (정정) 제7항에 있어서, 상기 기준 프레임 압축기는 상기 기준 프레임을 스케일링하여 메모리에 저장하기 위한 수단을 포함하는 디지탈 영상 시퀀스 디코딩 장치.
  9. (정정) 제8항에 있어서, 상기 기준 프레임 압축기는 상기 압축된 기준 프레임의 증대 버전을 메모리에 저장하기 위한 수단을 포함하는 디지탈 영상 시퀀스 디코딩 장치.
  10. (정정) 제7항에 있어서, 상기 기준 프레임 압축기는 상기 기준 프레임들의 영역들 상에서 선형 변환을 수행하여, 기준 프레임 변환 계수들을 형성하기 위한 선형 변환 장치;및 상기 기준 프레임 변환 계수들을 양자화하기 위한 수단을 포함하는 디지탈 영상 시퀀스 디코딩 장치.
  11. (정정) 제10항에 있어서, 상기 선형 변환 장치는 하다마르 변환 장치인 디지탈 영상 시퀀스 디코딩 장치.
  12. (신설) 디지탈 영상 시퀀스를 디코딩하는 방법에 있어서, 메모리에 저장된 선행 기준 프레임으로부터 상기 선행 기준 프레임의 스케일링 버전 및 증대 버전에 의해 상기 시퀀스의 기준 프레임을 예측하는 단계 - 상기 예측 기준 프레임은 스케일링 버전 및 증대 버전을 포함함 -; 상기 메모리 내의 상기 예측 기준 프레임의 스케일링 버전을 저장하고, 상기 선행 기준 프레임의 증대 버전을 상기 예측 기준 프레임의 증대 버전에 중복 기록하는 단계;및 상기 선행 기준프레임의 스케일링 버전으로부터, 및 상기 예측 기준 프레임의 스케일링 버전 및 증대 버전으로부터 상기 시퀀스의 양방향 프레임을 예측하는 단계를 포함하는 디지탈 영상 시퀀스 디코딩 방법.
  13. (신설) 제12항에 있어서, 상기 기준 프레임 예측 단계는, 상기 선행 기준 프레임을 압축하여 상기 스케일링 버전 및 증대 버전을 형성하는 단계를 포함하는 디지탈 영상 시퀀스 디코딩 방법.
  14. (신설) 제12항에 있어서, 상기 양방향 프레임 예측 단계는, 상기 선행 및 장래 기준 프레임들을 압축하여, 상기 선행 스케일링 버전, 장래 스케일링된 버전 및 장래 증대 버전들을 형성하는 단계; 상기 선행 기준 프레임의 스케일링 버전을 압축해제하여 상기 선행 기준 프레임의 근사적인 복제를 재구성하는 단계;및 상기 장래 기준 프레임의 스케일링 버전 및 증대 버전을 압축해제하여 상기 장래 기준 프레임의 정확한 복제를 재구성하는 단계를 포함하는 디지탈 영상 시퀀스 디코딩 방법.
  15. (신설) 압축된 디지탈 영상 시퀀스를 디코딩하는 장치에 있어서, 상기 시퀀스의 기준 프레임 및 양방향 프레임을 계산하기 위한 모션 보상 장치; 상기 기준 프레임들 각각을 압축된 스케일링 버전 및 압축된 증대 버전으로 압축하는 기준 프레임 압축기; 상기 선행 및 장래 기준 프레임들의 스케일링 버전과 상기 장래 기준 프레임의 증대 버전을 저장하는 메모리 - 상기 장래 기준 프레임의 증대 버전은 상기 선행 기준 프레임의 증대 버전 위에 저장됨 -;및 상기 메모리 내의 상기 기준 프레임들을 압축해제하여, 상기 압축해제된 기준 프레임들을 상기 모션 보상 장치에 제공하기 위한 기준 프레임 압축해제기를 포함하는 디지탈 영상 시퀀스 디코딩 장치.
  16. (신설) 제13항에 있어서, 상기 압축 해제기는 상기 장래 기준 프레임의 스케일링 및 증대 버전으로부터 상기 장래 기준 프레임의 정확한 복제를 재구성하고, 상기 메모리에 저장된 상기 선행 기준 프레임의 스케일링 버전으로부터 상기 선행 기준 프레임의 대략적인 복제를 재구성하는 디지탈 영상 시퀀스 디코딩 장치.
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