KR100254667B1 - 폐색을 검출하는 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 비디오 프레임에서 폐색된 영역을 검출하는 방법 및 장치를 제공한다. 이전의 변위 벡터 필드, 즉 DVF가 이동 보상되고(402), 최적 임계값과 비교되는 (408) 폐색 시험 매개변수를 제공하는(404)데 사용되어 폐색된 영역이 검출된다. 최적 임계값은 이전 DVF와 소정의 임계값을 근거로 계산된다(406).

Description

폐색을 검출하는 방법 및 장치
비디오의 매우 낮은 비트 비율(VLBR) 부호화에서는 8Kbits/sec 만큼 낮은 목표화된 비트 비율을 이루기 위해 영상 순차에서 주어지는 내포된 상관관계를 궁극적으로 개발할 필요가 있다. 오늘날 모든 코덱(codec)이 포함하고 있는 가장 명백한 상관관계 중 하나는 두 연속된 프레임의 강도 필드에서의 상관관계, 즉 한 프레임에서 다른 프레임으로의 물체의 단계적 이동이다. 이동 보상에 대한 가장 일반적인 두가지 접근법은 블록 정합(BM) 및 공간-시간상의 경사법이다. BM법은 소정의 블록 내에서의 모든 픽셀(pixel)이 같은 방법으로 이동한다고 가정한은 반면, 공간-시간상의 경사 이동 추정 알고리즘은 변위 벡터 필드(DVF)의 초기 추정치를 근거로 각 픽셀에서 변위 프레임 차이(DFD)를 최소화한다. 두 ME 알고리즘간의 주된 차이 중 하나는 공간-시간상의 경사 알고리즘이 조밀한 벡터 필드, 즉 픽셀당 한 벡터를 제공하는 반면, BM 알고리즘은 비조(coarse)밀 벡터 필드, 즉 픽셀 블록당 한 벡터를 제공하는 점이다.
임의 형태의 이동 보상에 있어서 현존하는 중요한 도전(challange) 중 하나는 폐색된 영상 영역에서 정보를 정확히 표현하고 보상하는 것이다. 폐색된 영역은 a) 화면의 배경 부분이 이동 물체로 덮힌 영역, 및 b) 화면의 배경 부분이 이동 물체로 덮히지 않은 영역으로 정의된다. 폐색 영역과 관련된 두가지 문제점은 이러한 영역에서 정보를 효과적으로 전송하는 것과 검출하는 것이다. 오늘날 존재하는 코덱의 대부분은 이러한 영역내의 정보의 부정확한 검출이나 비능률적인 부호화로 인해 이러한 영역이 없다. 예를 들어, H.261, MPEG1, 및 MPEG2에 의해 지정된 것과 같은 이동 보상된 이산 코싸인 변환(DVT) 부호화법은 폐색된 영역이 단순히 DFD 일부로 부호화되는 무력적인 접근법을 취한다. 그러나, 이러한 영역의 특징은 이동 모서리 주위에서의 불이행과 같이 전형적으로 이동 보상이 불이행된 것과 매우 다르므로, 폐색된 영역이 비트 비율 및 재구성된 영상 품질의 면에서 비능률적으로 전달된다. 한편, 물체 기본의 부호화법은 DFD 부호화 처리와는 독립된 처리로 폐색된 영역내의 정보를 검출하고 부호화하는 접근법을 취한다. 그러나, 이들 방법은 이러한 영역에 대한 위치 오버헤드(position overhead)의 전송을 요구하므로 정보의 부호화가 비능률적으로 된다. 이러한 오버헤드는 목표의 비트 비율을 이루는데 비용이 많이 들 수 있다.
현재로서는, 매우 낮은 비트 비율 부호화에 있어서 폐색된 영역의 정보를 검출하고 전송하는 접근법에 대해서는 거의 보고되어 있지 않다. 현존하는 대부분의 기술은 화면을 4개의 영역으로, 즉 정지 배경, 이동 물체, 덮힌 배경, 덮히지 않은 배경으로 분할하는 접근법을 취한다. 이러한 접근법에 따라, 먼저 2개의 연속 프레임을 근거로 변화 검출 마스크(mask)가 얻어진다. 이어서, 이동 추정이 실행되어 식별된 각 물체에 대한 이동 모델이 주어진다. 변화 검출 마스크와 이동 모델을 근거로, 덮힌 영역과 덮히지 않은 영역이 이동 물체로부터 분리된다. 그러나, 이러한 접근법은 몇가지 불편한 점을 갖는다. 첫째로, 디코더가 제안된 알고리즘에 따라 폐색 정보를 발생하기 위해서는 이동 벡터와 함께 변화 검출 마스크나 검출된 폐색 영역의 위치 정보가 채널을 통해 전달되어야 한다. 그러나, 위치 정보는 한 프레임에서 다른 프레임으로의 이동량에 따라 비용이 많이 들 수 있다. 두 번째로, 제안된 알고리즘은 덮히지 않은 영역을 검출하기 위해 단순히 역이동을 고려하므로 서브 픽셀 이동의 경우 이러한 영역을 검출할 수 없다. 그 문제점을 극복하기 위해, 예를 들면 후방 이동 추정, 즉 현재 프레임에서 이전 프레임으로의 이동 추정이 제안되어 있지만, 이 처리는 실질적으로 단순히 계산 비용만을 증가시킬 뿐이다. 세번째로, 이러한 알고리즘에는 연속 프레임간에서의 이동에 대한 시간상 연속성은 고려되어 있지 않다. 네 번째로, 이러한 기술들은 잡음이 존재할 때 상당히 고장나는 경향이 있다. 마지막으로, 이러한 접근법은 DVF 대신에 강도 필드를 이용한다. 그러나, 이는 폐색된 영역이 본래 이동 추정 및 보상에서의 비능률성에 의해 발생되는 사실로 인해 폐색 영역의 특징이 강도 필드보다 DVF에 의해 더 효과적으로 포착되므로 이러한 접근법의 실행시 제한 요소가 될 수 있다.
그래서, 바람직하게 재구성된 영상질을 목표화된 매우 낮은 비트 비율로 이루기 위해서는 DVF를 근거로 폐색된 영역을 정확히 검출하는 방법 및 장치가 필요하다.
본 발명은 일반적으로 비디오 부호화에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비디오 부호화에서 폐색(occlusion) 검출의 이용에 관한 것이다.
제1도는 본 발명에 따라 폐색을 검출하는 장치의 바람직한 실시예의 블록도.
제2도는 본 발명에 따라 폐색을 검출하고 실행된(effected) 영역을 부호화하는 장치의 바람직한 실시예의 블록도.
제3도는 본 발명에 따라 폐색을 검출하고 실행된 영역을 복호화하는 장치의 바람직한 실시예의 블록도.
제4도는 본 발명에 따라 폐색을 검출하는 방법의 단계에 대한 바람직한 실시예의 흐름도.
제5도는 본 발명에 따라 폐색을 검출하고 실행된 영역을 부호화하는 방법의 단계에 대한 바람직한 실시예의 흐름도.
제6도는 본 발명에 따라 폐색을 검출하고 실행된 영역을 복호화하는 방법의 단계에 대한 실시예의 흐름도.
비디오 순차는 3차원(3-D) 화면을 2차원(2-D) 영상 평면상에 투영시킨 것을 시간상에서 표본화한 것으로 구성된다. 이 화면내에서 발생되는 3-D 이동은 이러한 투영의 2-D 변위로 포착된다. 현재의 2-D 영상 평면에서 특정한 화상 요소, 즉 픽셀의 변위는 이전 영상 평면에서 그 특정한 픽셀의 위치를 지시하는 벡터로 나타내질 수 있다. 이러한 벡터는 변위 벡터로 칭하여지고 기호 dk(r)로 나타내며, 여기서, 아래첨자 k는 순서 k와 k-1에서 획득되는 대응 영상 프레임을 칭한다. 벡터 r과 dk(r)은 원점으로서 상단 좌측 모서리를 사용해 2차원(2-D) 강도 프레임의 치수를 나타내는 수평 y 및 수직 x 성분을 포함한다. 다음의 표시는 이들의 벡터와 그 성분을 설명하는데 사용된다.
Figure kpo00001
변위 벡터 필드(DVF)는 소정의 영상 평면의 세트간에서의 모든 픽셀의 이동을 기술하므로, 영상 평면상에 투영된 물체의 3-D 이동을 나타낸다.
본 발명은 비디오 프레임에서 폐색된 영역을 효과적으로 검출하는 방법 및 장치를 제공한다. 이전의 DVF는 폐색 영역을 검출하기 위해 적정 임계값과 비교되는 폐색 시험 매개변수를 제공하는데 사용된다. 이전의 DVF를 사용함으로써, 이러한 검출 과정은 디코더 뿐만 아니라 비디오 인코더에서도 실행될 수 있어, 이동 벡터가 디코더에 전달되어야 하는 필요성을 제거한다.
도1, 즉 번호(100)는 본 발명에 따라 폐색을 검출하는 장치의 바람직한 실시예에 대한 블록도이다. 이 장치는 이동 보상 유닛(102), 폐색 시험 매개변수 발생기(104), 최적 임계값 발생기(106), 및 폐색 비교 유닛(108)을 포함한다.
이동 보상 유닛(102)은 예측된 DVF(112)를 제공하기 위해 이전의 변위 벡터 필드, DVF(110)를 수신한다. 예측된 DVF(112)는 스스로 이동 보상된 이전의 DVF(110)로서, 다음의 형태를 취한다:
Figure kpo00002
여기서, dk-1(r)은 이전의 DVF(110)이고,
Figure kpo00003
은 예측된 DVF(112)이다.
폐색 시험 매개변수 발생기(104)는 이전 DVF(110)와 예측된 DVF(112) 사이의 차이를 근거로 폐색 시험 매개변수(114)를 계산하기 위해 이전의 DVF(110)와 예측된 DVF(112)를 수신한다. 폐색 시험 매개변수(114)는 각 성분에 대해 다음 공식으로 주어지는 이전 DVF와 예측된 DVF간 차이의 절대값이다:
Figure kpo00004
최적 임게값 발생기(106)는 최적 임계값(118)을 계산하기 위해 이전의 DVF(110)와 소정의 임계값(116)을 수신한다. 소정의 임계값(116)은 비디오 프레임내의 점이 이동 물체에 속할 가능성에 대한, 비디오 프레임내의 점이 정지해 있을 가능성의 비와 같다. 각 성분(i)에 대한 최적 임계값, τi(118)은 다음 공식으로 주어진다:
Figure kpo00005
여기서, Ti는 소정의 임계값(116)이고,
Figure kpo00006
는 국부 편차이고, 또한
Figure kpo00007
는 각 성분에 대한 전체 편차이다.
국부 편차는 다음의 공식을 이용해 각 성분에 대해 계산된다:
Figure kpo00008
여기서, A 및 B는 한 픽셀의 소정의 국부 근방을 정의한다. 국부 근방은 픽셀(i,j)의 좌측으로의 B 픽셀에서 우측으로의 B 픽셀 및 아래의 A 픽셀에서 위의 A픽셀로 확대된다.
각 성분에 대한 국부 평균, mdi는 다음으로 주어진다:
Figure kpo00009
여기서, m 및 n은 정수이다.
전체의 편차는 다음의 공식을 사용해 계산된다:
Figure kpo00010
여기서, M 및 N은 전체 소정의 강도 프레임의 경계를 정의한다.
각 성분에 대한 전체의 평균, mgi는 다음으로 주어진다:
Figure kpo00011
폐색 비교 유닛(108)은 폐색(120)의 존재를 판단하기 위해 폐색 시험 매개변수(114)와 최적 임계값(118)을 수신한다. 폐색은 폐색 시험 매개변수(114)가 최적 임계값(118) 보다 더 클 때 검출된다.
도2, 즉 번호(200)는 본 발명에 따라 폐색 DVF 인코더에 결합된, 폐색을 검출하는 장치의 바람직한 실시예에 대한 블록도이다. 이 장치는 이동 보상 유닛(202), 폐색 시험 매개변수 발생기(204), 최적 임계값 발생기(206), 폐색 비교 유닛(208), 및 폐색 DVF 인코더(210)를 포함한다. 이동 보상 유닛(202), 폐색 시험 매개 변수 발생기(204), 최적 임계값 발생기(206), 및 폐색 비교 유닛(208)은 상술된 바와 같이 동작한다. 검출된 폐색 영역(220)은 현재의 DVF(224)와 함께 폐색 DVF 인코더(210)에 제공된다. 폐색된 영역(220)에 대응하는 현재 DVF(224)에 포함되는 이동 벡터는 엔트로피(entropy) 부호화를 이용해 부호화되고 대응하는 폐색 DVF 디코더(310)에 채널을 통해 전달된다.
도3, 즉 번호(300)는 본 발명에 따라, 폐색 DVF 인코더에 결합된 폐색을 검출하는 장치의 바람직한 실시예에 대한 블록도이다. 이 장치는 이동 보상 유닛(302), 폐색 시험 매개변수 발생기(304), 최적 임계값 발생기(306), 폐색 비교 유닛(308), 및 폐색 DVF 디코더(310)를 포함한다. 이동 보상 유닛(302), 폐색 시험 매개 변수 발생기(304), 최적 임계값 발생기(306), 및 폐색 비교 유닛(308)은 상술된 바와 같이 동작한다. 검출된 폐색 영역(320)은 부호화된 DVF(324)와 함께 폐색 DVF 디코더(310)에 제공된다. 부호화된 DVF(324)에 포함되는 이동 벡터는 복호화되어 대응하는 폐색 영역(320)에 놓인다.
도4, 즉 번호(400)는 본 발명에 따라, 폐색을 검출하는 방법의 단계에 대한 바람직한 실시예의 흐름도이다. 제1단계는 예측된 DVF를 제공하기 위해 이전의 변위 벡터 필드(DVF)를 이동 보상하는 것이다(402). 다음의 단계는 이전 DVF와 예측된 DVF간의 차이를 근거로 폐색 시험 매개변수를 계산하는 것이다(404). 폐색 시험 매개변수는 이전 DVF와 예측된 DVF간 차이의 절대값이다. 다음 단계 이전의 임의 시점에서 이전 DVF와 소정의 임계값을 근거로 최적 임계값이 계산된다(406). 최적 임계값은 이전 DVF의 국부 편차 및 이전 DVF의 전체 편차를 계산하는 것을 포함한다. 이어서, 폐색 시험 매개변수는 폐색의 존재를 판단하기 위해 최적 임계값과 비교된다(408).
도5, 즉 번호(500)는 본 발명에 따라 폐색을 검출하는 방법의 단계에 대한 바람직한 실시예의 흐름도이다. 제1단계는 예측된 DVF(402)를 제공하기 위해 이전의 변위 벡터 필드(DVF)를 이동 보상하는 것이다(402). 다음의 단계는 이전 DVF와 예측된 DVF간의 차이를 근거로 폐색 시험 매개변수를 계산하는 것이다(404). 폐색 시험 매개변수는 이전 DVF와 예측된 DVF간 차이의 절대값이다. 다음 단계 이전의 임의 시점에서 이전 DVF와 소정의 임계값을 근거로 최적 임계값이 계산된다(406). 최적 임계값은 이전 DVF의 국부 편차 및 이전 DVF의 전체 편차를 계산하는 것을 포함한다. 이어서, 폐색 시험 매개변수는 폐색의 존재를 판단하기 위해 최적 임계값과 비교된다(408). 마지막 단계로, 폐색으로 결정된 영역에 포함된 현재의 DVF로부터의 이동 벡터가 부호화되고 디코더로 전달된다(502).
도6, 즉 번호(600)는 본 발명에 따라 폐색을 검출하고 실행된 픽셀을 복호하는 방법의 단계에 대한 바람직한 실시예의 흐름도이다. 제1단계는 예측된 DVF를 제공하기 위해 이전의 변위 벡터 필드(DVF)를 이동 보상하는 것이다(402). 다음의 단계는 이전 DVF와 예측된 DVF간의 차이를 근거로 폐색 시험 매개변수를 계산하는 것이다(404). 폐색 시험 매개변수는 이전 DVF와 예측된 DVF간 차이의 절대값이다. 다음 단계 이전의 임의 시점에서 이전 DVF와 소정의 임계값을 근거로 최적 임계값이 계산된다(406). 최적 임계값은 이전 DVF의 국부 편차 및 이전 DVF의 전체 편차를 계산하는 것을 포함한다. 이어서, 폐색 시험 매개변수는 폐색의 존재를 판단하기 위해 최적 임계값과 비교된다(408). 마지막 단계로, 인코더로부터 전송되어진 이동 벡터가 복호화되고 폐색인 것으로 판단된 영역에 놓인다(602).
비록 예로 실시예가 상술되었지만, 종래 기술에 숙련된 자에게는 본 발명으로부터 벗어나지 않고 많은 변경 및 수정이 이루어질 수 있음이 명백하다. 따라서, 이러한 모든 변경 및 수정은 첨부된 청구항에서 정의된 바와 같은 본 발명의 의도 및 범위내에 포함되도록 의도된다.

Claims (23)

  1. 폐색(occlusion)을 검출하는 방법에 있어서, 이동 보상기를 이용해 이전의 변위 벡터 필드, 즉 이전의 DVF를 이동 보상하여 예측된 DVF를 제공하는 단계와, 상기 이전 DVF와 상기 예측된 DVF간의 차이를 근거로 폐색 시험 매개변수 발생기를 이용해 폐색 시험 매개변수를 계산하는 단계와, 상기 이전 DVF와 소정의 임계값을 근거로 최적 임계값 발생기를 이용해 최적 임계값을 계산하는 단계와, 폐색 비교 유닛을 이용해 상기 폐색 시험 매개변수를 최적 임계값과 비교하여 폐색의 존재를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐색 검출 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폐색 시험 매개변수는 상기 이전 DVF와 상기 예측된 DVF간 차이의 절대값인 것을 특징으로 하는 폐색 검출 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 단계들은 컴퓨터의/를 위한 유형 매체(tangiable medium)로 실현되는 것을 특징으로 하는 폐색 검출 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 유형 매체는 컴퓨터 디스켓인 것을 특징으로 하는 폐색 검출 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 유형 매체는 컴퓨터의 메모리 유닛인 것을 특징으로 하는 폐색 검출 방법.
  6. 폐색을 검출하는 장치에 있어서, 이전의 변위 벡터 필드, 즉 이전의 DVF를 수신하도록 동작가능하게 결합되어 예측된 DVF를 제공하는 이동 보상 유닛과, 상기 이전 DVF를 수신하도록 동작가능하게 결합되고 상기 이동 보상 유닛에 동작가능하게 결합되어 상기 이전 DVF와 상기 예측된 DVF간의 차이를 근거로 폐색 시험 매개변수를 계산하는 폐색 시험 매개변수 발생기와, 상기 이전의 DVF와 소정의 임계값을 수신하도록 동작가능하게 결합되어 최적 임계값을 계산하는 최적 임계값 발생기와, 상기 폐색 시험 매개변수 발생기와 상기 최적 임계값 발생기에 동작가능하게 결합되어 폐색의 존재를 판단하도록 상기 폐색 시험 매개변수를 상기 최적 임계값과 비교하는 폐색 비교 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐색 검출 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 폐색 시험 매개변수는 상기 이전 DVF와 상기 예측된 DVF간 차이의 절대값인 것을 특징으로 하는 폐색 검출 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 폐색 검출 장치는 컴퓨터의/를 위한 유형 매체로 실현되는 것을 특징으로 하는 폐색 검출 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 유형 매체는 컴퓨터 디스켓인 것을 특징으로 하는 폐색 검출 장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 유형 매체는 컴퓨터의 메모리 유닛인 것을 특징으로 하는 폐색 검출 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 최적 임계값을 계산하는 단계는 상기 이전 DVF의 국부 편차 및 상기 이전 DVF의 전체 편차를 계산하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐색 검출 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 폐색 시험 매개변수와 상기 최적 임계값이 비교되는 것을 특징으로 하는 폐색 검출 방법.
  13. 제1항에 있어서, 폐색의 존재를 근거로 현재 변위 벡터 필드, 즉 DVF를 부호화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐색 검출 방법.
  14. 제1항에 있어서, 폐색의 존재를 근거로 부호화된 변위 벡터 필드, 즉 DVF를 복호화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐색 검출 방법.
  15. 제1항에 있어서, 상기 단계들은 DSP(Digital Signal Processor)의/를 위한 유형 매체로 실현되는 것을 특징으로 하는 폐색 검출 방법.
  16. 제1항에 있어서, 상기 단계들은 주문형 집적 회로(ASIC; Application Specific Integrated Circuit)로 실현되는 것을 특징으로 하는 폐색 검출 방법.
  17. 제1항에 있어서, 상기 단계들은 게이트 어레이(gate array)로 실현되는 것을 특징으로 하는 폐색 검출 방법.
  18. 제6항에 있어서, 상기 최적 임계값 발생기는 국부 편차 계산기 및 전체 편차 계산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐색 검출 장치.
  19. 제6항에 있어서, 폐색의 존재를 근거로 상기 폐색 비교 유닛에 결합되어 현재의 변위 벡터 필드, 즉 DVF를 부호화하는 폐색된 DVF 부호화 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐색 검출 장치.
  20. 제6항에 있어서, 폐색의 존재를 근거로 상기 폐색 비교 유닛에 결합되어 부호화된 변위 벡터 필드, 즉 DVF를 복호화하는 폐색된 DVF 복호화 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐색 검출 장치.
  21. 제6항에 있어서, 상기 폐색 검출 장치는 DSP(Digital Signal Processor)의/를 위한 유형 매체로 실현되는 것을 특징으로 하는 폐색 검출 장치.
  22. 제6항에 있어서, 상기 폐색 검출 장치는 주문형 집적 회로(ASIC; Application Specific Integrated Circuit)로 실현되는 것을 특징으로 하는 폐색 검출 장치.
  23. 제6항에 있어서, 상기 폐색 검출 장치는 게이트 어레이(gate array)로 실현되는 것을 특징으로 하는 폐색 검출 장치.
KR1019970701898A 1995-07-24 1996-05-24 폐색을 검출하는 방법 및 장치 KR100254667B1 (ko)

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