KR100256647B1 - 영상 부호화 시스템의 영상 그룹 구성수 자동 변환 장치 - Google Patents

영상 부호화 시스템의 영상 그룹 구성수 자동 변환 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 영상 부호화 시스템에 관한 것으로서, 외부로부터 입력되는 영상 신호간 화면 변화도를 검출하는 화면 변화도 검출부; 화면 변화도에 대응하는 영상 그룹(GOP) 구성수에 대한 정보가 기저장되어 있는 저장부; 상기 화면 변화도 연산부에서 검출된 화면 변화도에 대응하는 영상 그룹(GOP) 구성수에 대한 정보를 저장부에서 검색하고, 상기 검색된 영상 그룹(GOP) 구성수에 대한 정보에 대응되게 영상 그룹(GOP)의 화면 구성수를 변환하도록 제어 신호를 발생하는 시스템 제어부; 상기 시스템 제어부에서 발생된 제어 신호에 의거하여 영상 그룹(GOP)의 화면 구성수를 변환하여 부호화하는 부호화부를 포함하여 이루어지는 영상 부호화 시스템의 영상 그룹 구성수 자동 변환 장치를 제공하므로써, 화면 열화를 방지하고 압축 효율을 높일수 있어, 영상 부호화 시스템의 성능을 증진시키는 효과가 있다.

Description

영상 부호화 시스템의 영상 그룹 구성수 자동 변환 장치
본 발명은 영상 신호를 압축 부호화하는 영상 부호화 시스템(Image Coding System)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 입력되는 영상 신호간 화면 변화도에 대응되게 GOP(Group Of Pictures)의 화면 구성수를 자동으로 변환할 수 있는 영상 부호화 시스템의 영상 그룹 구성수 자동 변환 장치에 관한 것이다.
산업의 발전에 따라, 정보 미디어는 문자에서 음성으로, 음성에서 영상으로, 그리고 최근에는 이를 통합한 멀티 미디어로 그 매체가 발전해왔다.
한편, 각 정보 미디어의 데이타량은, 문자의 경우, 1000문자 분량의 편지는 약 16kb, 신문의 경우 약 8.5Mb인데 비해, 음성의 경우는 전화는 1시간 기준으로 약 230Mb, CD(Compact Disc)는 1 시간 기준으로 약 5.0Gb, 그리고 영상의 경우 1시간 기준으로 비디오는 109Gb, 현행 TV는 360Gb, 고선명 TV(일명, 'HDTV')는 4320Gb가 정도의 데이터 분량이다.
또한, 이와 같은 정보 미디어를 실시간으로 전송하기 위해서는, 음성의 경우는 전화는 약 64kbps, CD(Compact Disc)는 약 1.4Mbps, 비디오는 약 30Mbps, 현행 TV는 약 100Mbps, 고선명 TV는 약 1.2Gbps정도의 전송 속도가 요구된다.
따라서, 정보 미디어의 발전에는 필연적으로 통신 미디어와 저장 미디어의 발전이 요구되는바, 이와 같은 요구 조건은 정보 압축 기술에 의해 해소되었다. 즉, 정보 압축 기술에 의하여, 저렴한 저장 미디어에 영상 등의 멀티 미디어 정보의 수록이 가능해지고, 또한 저장 미디어에 수록되는 데이터의 점유량을 감소시킬 수 있으며, 종래에는 불가능하다고 여겨지던 영상 등의 멀티 미디어 통신이 저렴한 요금으로 가능해진다. 또한, 방송 미디어에서 열화가 없고 고품질의 영상을 전송이 가능해지며, 다채널화도 가능해진다.
이와 같은 정보 압축 기술에는, 확률적 부호화 기법과 시간적, 공간적 압축기법을 결합한 하이브리드 부호화 기법이 가장 효율적인 것으로 알려져 있으며, 이러한 기법들은, 예를들면 세계 표준화 기구에 의해 그 표준안이 이미 제정된 MPEG-1 및 MPEG-2 등의 권고안에 광범위하게 개시되어 있다.
여기에서, 확률적 부호화 기법은 DCT(Discrete Cosine Transform, 이산 코사인 변환) 계수나 움직임 백터 등에 대해서 발생확률이 높은 값에 짧은 부호를 할당하고, 발생확률이 낮은 값에 긴 부호의 길이를 할당하여 평균 부호 길이를 감소시키는 기법이고, 시간적 압축 기법은 이웃하는 화면끼리 매우 유사한 점을 이용하여 전화면에서 변화된 부분의 이동 좌표(즉, 움직임 벡터)에 대한 정보만 화면을 부호화하는 기법이며, 공간적 압축 기법은 한 장의 화면을 8×8 화소의 정방형 블록으로 분할한후, 분할된 정방형의 화소 블록마다 DCT 변환울 수행한후, 변환된 DCT 계수를 소정의 수(양자화 스템)으로 나누어 나머지를 반올림하는 양자화에 의해 압축하는 기법이다.
이와 같이, 하이브리드 부호화 기법에서는 이웃 화면과의 상관 관계를 이용하여 화면을 구성하기 때문에, 한 화면만에 대한 정보만으로는 완전한 화면 구성이 이루어지지 않으므로, GOP(Group Of Pictures) 구조를 사용하는 바, 완전한 한 화면에 대한 정보로 이루어진 1장의 기준 화면(인트라 화면)을 포함한 몇 장의 예측 화면(인터 화면)에 대한 데이터를 하나의 그룹으로 묶은 것이다.
즉, GOP 내의 화면 타입 배열에 대한 일예를 도시한 도 1을 참조하면, 하나의 GOP는 완전한 한 화면에 대한 정보로 구성된 I 픽쳐 한 장을 포함하여, I 픽쳐에 대한 예측 화면으로 이루어진 B/P 픽쳐 14장으로 구성되는 것을 볼 수 있다.
여기에서, I 픽쳐(Intra Picture)는 GOP의 독립성을 확보하기 위하여 프레임간 예측을 사용하지 않고 완전한 한 장의 화면 정보만으로 부호화한 인트라 화면이고, P 픽쳐(Predictive-Picture) 및 B 픽쳐(Bidirectionally Predictive -Picture)는 인트라 화면인 I 픽쳐로부터의 예측을 수행함에 따라 생기는 인터 화면(Inter Picture)이다.
그러나, 상술한 종래의 기술에 의한 GOP는, 화면 상호간의 변화도에 관계없이 고정된 화면수로 구성하므로써, 장면 전환 등의 화면간 변화도가 심한 경우에는 화면 열화가 발생할 수 있으며, 또한, 화면간 변화도가 아주 미세한 경우에는 압축 효율이 저하되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 고려하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 화면 변화도에 대응되게 테이블화되어 기설정된 GOP의 화면 구성수에 대한 정보를 참조하여, 외부로부터 입력되는 영상 신호간 화면 변화도에 대응되게 GOP의 화면 구성수를 자동으로 변환할 수 있는 영상 부호화 시스템의 영상 그룹 구성수 자동 변환 장치를 제공하는 데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는, 영상 부호화 시스템에 구비되는 영상 그룹(GOP) 구성수 자동 변환 장치로서, 외부로부터 입력되는 영상 신호간 화면 변화도를 검출하는 화면 변화도 연산부; 화면 변화도에 대응하는 영상 그룹(GOP) 구성수에 대한 정보가 기저장되어 있는 저장부; 상기 화면 변화도 연산부에서 검출된 화면 변화도에 대응하는 영상 그룹(GOP) 구성수에 대한 정보를 저장부에서 검색하고, 상기 검색된 영상 그룹(GOP) 구성수에 대한 정보에 대응되게 영상 그룹(GOP)의 화면 구성수를 변환하도록 제어 신호를 발생하는 시스템 제어부; 상기 시스템 제어부에서 발생된 제어 신호에 의거하여 영상 그룹(GOP)의 화면 구성수를 변환하여 부호화하는 부호화부를 포함하여 이루어지는 영상 부호화 시스템의 영상 그룹 구성수 자동 변환 장치를 제공한다.
도 1은 종래의 기술에 의한 GOP 내의 화면 타입 배열의 일예를 도시한 예시도,
도 2는 본 발명에 따른 영상 부호화 시스템의 그룹 영상 구성수 자동 변환 장치를 도시한 블록 구성도,
도 3은 본 발명에 따라 화면 변화도를 검출하는 방법을 설명하기 위해 NTSC용 한 화면 및 한 화면내의 매크로 블록, 블록, 화소들의 각 구성 및 관계를 도시한 예시도.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
100 : 프레임 메모리 200 : 화면 변화도 검출부
210 : 메모리 절환부 220 : 제 1 메모리
230 : 제 2 메모리 240 : 변화도 연산부
300 : 시스템 제어부 400 : 저장부
500 : 부호화부
상술한 본 발명의 목적 및 기타 다른 목적과 장점은 도면을 첨부한 하기의 설명에 의해서 더욱 명확히 드러날 것이다.
이하, 첨부된 도 2 내지 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 영상 부호화 시스템의 영상 그룹 구성수 자동 변환 장치를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 영상 부호화 시스템의 영상 그룹 구성수 자동 변환 장치를 도시한 블록 구성도로서, 동도에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 영상 부호화 시스템의 부호화 모드 절환 제어 장치는 프레임 메모리(100), 화면 변화도 검출부(200), 시스템 제어부(300), 모드 절환부(400), 부호화부(500)를 포함하여 이루어지고, 그 각각의 구성 부재별 기능은 다음과 같다.
먼저, 프레임 메모리(100)는 외부로부터 입력되는 영상 신호를 순차적으로 저장하다가 한 화면에 대한 정보가 완료되면, 저장된 한 화면에 대한 정보를 메모리 절환부(210)의 절환에 의해 제 1 메모리(220) 또는 제 2 메모리(230)에 제공하는 한편, 화면 정보를 부호화하기 위해 부호화부(500)에도 저장된 한 화면에 대한 정보를 제공한다. 이때, 한 화면에 대한 정보는 한 화면 분량의 영상 신호를 말하며 이하 한 화면에 대한 정보로 칭하기로 한다.
화면 변화도 검출부(200)는 메모리 절환부(210), 제 1 메모리(220), 제 2 메모리(230), 변화도 연산부(240)로 구성되어, 프레임 메모리(100)로부터 제공되는 현재 화면과 이전 화면의 화면 변화도를 검출하고, 그 검출된 화면 변화도에 대한 정보를 시스템 제어부(300)에 제공한다. 이와 같은 기능을 수행하기 위해 화면 변화도 검출부(200)를 구성하는 각 구성 부재는 다시 다음과 같은 기능을 수행한다.
먼저, 메모리 절환부(210)는 시스템 제어부(210)의 제어에 의해 절환되어, 프레임 메모리(100)에서 제공되는 한 화면에 대한 정보가 제 1 메모리(220) 또는 제 2 메모리(230)에 저장되도록 프레임 메모리(100)와 제 1 메모리(220) 또는 제 2 메모리(230)를 접속한다.
메모리 절환부(210)의 절환에 의해, 제 1 메모리(220) 및 제 2 메모리(230)에는 프레임 메모리(100)에서 제공되는 한 화면 단위의 정보가 교번적으로 저장된다.
즉, 제 1 메모리(220)에서 1, 3, 5, 7,,,,,,과 같이 프레임 메모리(100)에서 홀수 번째 제공되는 한 화면 단위의 정보가 저장되면, 제 2 메모리(230)에는 2, 4, 6, 8,,,,,과 같이 프레임 메모리(100)에서 짝수번째 제공되는 한 화면 단위의 정보가 저장된다.
한편, 변화도 연산부(240)는 제 1 메모리(220)에 저장된 화면 정보와 제 2 메모리(230)에 저장된 화면 정보를 비교하여 화면 변화도를 연산한다.
그리고, 시스템 제어부(300)는 프레임 메모리(100)에서 화면에 대한 정보가 제공되는 순서를 체크하여, 그 체크 결과에 대응하게 메모리 절환부(210)를 절환 제어한다.
또한, 시스템 제어부(300)는 저장부(400)에 기저장된 화면 변화도-GOP 구성 화면수의 테이블을 참조하여, 화면 변화도 검출부(200)에서 검출된 화면 변화도에 대응하는 GOP 구성 화면수로 GOP 화면을 구성하도록 부호화부(500)를 제어한다.
저장부(400)에는 다수의 실험에 의해 검출된, 각각의 화면 변화도에 대응하는 최적의 GOP 화면 구성수에 대한 정보가 기저장 되어있다.
즉, 하기에 도시된 표 1과 같은 테이블이 기저장되어 있다. 이때, 표 1은 본 발명에 대한 이해를 돕기 위한 일예로써, 본 발명에 따른 사상 범주를 벗어나지 않는 범위내에서 용이하게 변경 실시될 수 있을 것이다.
화면 변화도 GOP 화면 구성수
V1∼V2 N1
V1∼V2 N2
V1∼V2 N3
..... .....
부호화부(500)는 시스템 제어부(300)의 제어에 의해, 프레임 메모리(100)로부터 제공되는 한 화면에 대한 정보를 인트라 화면 또는 인터 화면으로 부호화하므로써, 화면 변화도 검출부(200)에서 검출된 화면 변화도에 대응되게 GOP 화면 구성수를 변환하여 부호화한다.
이상 상술한 기능을 수행하는 구성부재를 포함하여 이루어지는 본 발명에 따른 영상 부호화 시스템의 부호하 모드 절환 제어 장치의 동작 과정에 대하여 첨부된 도 2를 중심으로 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따라 화면 변화도를 검출하는 방법을 설명하기 위해 NTSC용 한 화면 및 한 화면내의 매크로 블록, 블록, 화소들의 각 구성 및 관계를 도시한 예시도로서, 동도를참조하면 NTSC용 한 화면은 22×15 매크로 블록으로 이루어지고, 하나의 매크로 블록은 2×2 블록으로 이루어지며, 하나의 블록은 8×8 화소로 이루어지는 것을 알 수 있다. 이때, 하나의 블록을 구성하는 8×8 화소에 도시된 숫자는 휘도(밝기) 또는 색차(色差)를 대표하는 화소값이다.
먼저, 비디오 카메라로 찍은 동영상이 아날로그 신호에서 디지털 정보로 변환된 후 프레임 메모리(100)에 인가되면, 인가된 디지탈 정보는 프레임 메모리(100)에 순차적으로 저장된후, 화면을 구성하는 영상 정보의 기본 단위인 화소 단위로 분해 처리된다. 이때, 각 화소는 휘도(밝기)와 색차(色差)를 갖는바, 도 3에 도시된 바와 같이 각 화소에 대한 화소값으로 표현할 수 있다.
이후, 순차적으로 저장되는 디지탈 정보가 한 화면을 구성하면, 프레임 메모리(100)는 순차적으로 저장된 한 화면에 대한 정보를 부호화부(500)에 제공하는 한편, 메모리 절환부(210)의 절환에 의해 제 1 메모리(220) 또는 제 2 메모리(230)에 제공한다.
이때, 시스템 제어부(300)는 프레임 메모리(100)로부터 한 화면에 대한 정보가 메모리 절환부(210)에 제공되는 순서를 체크하여, 그 체크 결과에 대응되게 메모리 절환부(210)를 제어한다. 즉, 프레임 메모리(100)로부터 한 화면에 대한 정보가 메모리 절환부(210)에 제공되는 순서가 1, 3, 5, 7,,,의 홀 수 번째이면 제 1 메모리(220)에 접속되도록 메모리 절환부(100)를 절환 제어하고, 2, 4, 6, 8,,,,의 짝수 번째이면 제 2 메모리(230)에 접속되도록 메모리 절환부(210)를 제어한다.
따라서, 시스템 제어부(300)는, 프레임 메모리(100)로부터 제공되는 제 1 화면에 대한 정보는 제 1 메모리(220)에 인가되도록 메모리 절환부(210)를 제어하고, 프레임 메모리(100)로부터 제공되는 제 2 화면에 대한 정보는 제 2 메모리(230)에 인가되도록 메모리 절환부(210)를 제어한다.
시스템 제어부(300)의 제어에 의해 메모리 절환부(210)가 접속 절환됨에 따라, 프레임 메모리(100)로부터 제공되는 제 1 화면에 대한 정보는 제 1 메모리(220)에 인가되어 저장되고, 프레임 메모리(100)로부터 제공되는 제 2 화면에 대한 정보는 제 2 메모리(230)에 인가되어 저장된다.
상술한 바와 같이, 제 1 메모리(220)와 제 2 메모리(230)에 화면 정보가 저장되면, 변화도 연산부(240)는 제 1 메모리(220)에 저장된 화면 정보와 제 2 화면에 저장된 화면 정보를 참조하여, 프레임 메모리(100)로부터 제공된 제 1 화면과 제 2 화면의 화면 변화도를 검출한다.
본 발명의 일 실시예에서는, 제 1 메모리(220)에 저장된 화면 정보와 제 2 메모리(230)에 저장된 화면 정보를 구성하는 총 화소의 화소값을 각각 총합한후, 제 1 메모리(220)에 저장된 화면의 총화소값과 제 2 메모리(230)에 저장된 화면의 총화소값의 차를 연산한다. 이때, 총화소값의 차가 화면 변화도일 것이다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에서는 제 1 메모리(220)에 저장된 화면 정보와 제 2 메모리(230)에 저장된 화면 정보를 구성하는 총 화소의 화소값을 각각 16×16 화소의 매크로 블록(Macro Block) 단위로 분할한후, 분할된 동일 위치의 매크로 블록끼리 차분치를 연산하고, 상기 연산된 매크로 블록 단위로 연산된 차분치의 총합을 상기 제 1 메모리(220) 및 제 2 메모리(230)에 저장된 화면 정보를 구성하는 총 매크로 블록수로 제산한 평균 차분치로써, 화면 변화도를 검출할 수도 있을 것이다.
제 1 메모리(220) 및 제 2 메모리(230)에 저장된 제 1 화면 정보와 제 2 화면 정보뿐만이 아니라, 상술한 바와 같은 동작 과정에 의해서 제 1 메모리(220) 및 제 2 메모리(230)에 교대로 저장되는 제 2 화면 정보와 제 3 화면 정보, 제 3 화면 정보와 제 4 화면 정보, 제 4 화면 정보와 제 5 화면 정보,,,,와 같이 순차적으로 이전 화면 정보와 현재 화면 정보를 비교하여, 그 변화도를 검출한다.
상술한 과정에 의해서 화면 변화도 검출부(200)에서 검출된 화면 변화도가 시스템 제어부(300)에 제공되면, 시스템 제어부(300)는 저장부(400)에 기저장된 테이블을 참조하여 화면 변화도 검출부(200)에서 검출된 화면 변화도에 대응하는 GOP 화면 구성수에 대한 정보를 검색한다.
즉, 시스템 제어부(300)는 상기에 도시한 표 1과 같은 테이블을 참조하여, 화면 변화도 검출부(2000에서 검출된 화면 변화도가 V1∼V2의 범위내에 위치하면, GOP 화면 구성수에 대한 정보를 N1으로 검색할 것이다.
이후, 시스템 제어부(300)는 저장부(400)에서 검색한 GOP 화면 구성수에 대한 정보에 의거하여, GOP 화면을 구성하여 부호화할 수 있도록 부호화부(500)를 제어한다.
따라서, 부호화부(500)는 시스템 제어부(300)의 제어에 의하여, 프레임 메모리(100)로부터 제공되는 한 화면에 대한 정보를 인트라 화면, 또는 인터 화면으로 부호화하므로써, GOP의 화면 구성수를 가변하여 부호화할 수 있다.
상술한 본 발명에 따르면, 외부로부터 입력되는 영상 신호간 화면 변화도에 대응하는 GOP의 화면 구성수가 기설정되어 저장되어 있는 테이블을 참조하여, 검출된 화면간 변화도에 대응하여 GOP의 화면 구성수를 가변하되, 화면간 변화가 심하면 한 장의 인트라 화면에 부가되는 인터 화면수를 감소시키고, 화면간 변화가 작으면 한 장의 인트라 화면에 부가되는 인터 화면의 수를 증가시키므로써, 화질의 열화를 방지하고 압축 효율을 증진시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (4)

  1. 영상 부호화 시스템에 구비되는 영상 그룹(GOP) 구성수 자동 변환 장치로서,
    외부로부터 입력되는 영상 신호간 화면 변화도를 검출하는 화면 변화도 검출부;
    화면 변화도에 대응하는 영상 그룹(GOP) 구성수에 대한 정보가 기저장되어 있는 저장부;
    상기 화면 변화도 연산부에서 검출된 화면 변화도에 대응하는 영상 그룹(GOP) 구성수에 대한 정보를 저장부에서 검색하고, 상기 검색된 영상 그룹(GOP) 구성수에 대한 정보에 대응되게 영상 그룹(GOP)의 화면 구성수를 변환하도록 제어 신호를 발생하는 시스템 제어부;
    상기 시스템 제어부에서 발생된 제어 신호에 의거하여 영상 그룹(GOP)의 화면 구성수를 변환하여 부호화하는 부호화부를 포함하여 이루어지는 영상 부호화 시스템의 영상 그룹 구성수 자동 변환 장치
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 화면 변화도 검출부는,
    일화면에 대응하는 상기 영상 신호를 저장 하기 위한 제 1 및 제 2 메모리;
    상기 영상 신호를 상기 제 1 또는 제 2 메모리에 인가하도록 접속 절환하는 메모리 절환부;
    상기 제 1 및 제 2 메모리에 저장된 영상 신호의 변화도를 연산하는 변화도 연산부로 이루어지고,
    상기 시스템 제어부는,
    상기 영상 신호가 제 1 메모리 및 제 2 메모리에 교대로 인가되도록 상기 메모리 절환부를 제어하는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 시스템의 영상 그룹 구성수 자동 변환 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 화면 변화도 검출부는,
    상기 제 1 및 제 2 메모리에 각각 저장된 영상 신호를 구성하는 각 화소들의 화소값을 총합한후, 총합된 화소값의 차로써, 상기 변화도를 검출하는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 시스템의 부호화 모드 절환 제어 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 메모리에 저장된 영상 신호를 16×16 화소의 매크로 블록 단위로 분할하고, 상기 분할된 각 매크로 블록 단위로 상기 제 1 및 제 2 메모리에 저장된 영상 신호의 차분치를 연산한후, 상기 연산된 차분치의 평균치를 연산하므로써, 상기 변화도를 검출하는 것을 특징으로 하는 영상 부호화 시스템의 부호화 모드 절환 제어 장치.
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