KR100272101B1 - 디지털비디오신호처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디지털 비디오 레코더에서 비디오 데이터 영역에 오디오 데이터를 기록하는 장치에 관한 것이며, 비디오 데이터를 셔플링하는 비디오 셔플링부, 오디오 데이터를 소정 포맷상의 형태로 신호처리하고 셔플링하는 오디오 신호 처리부, 상기 비디오셔플부에서 셔플링된 비디오 데이터를 여분의 공간을 갖도록 압축하 그 공간에 상기 오디오 신호처리부에서 출력되는 오디오 데이터의 일부분 기록하는 비디오신호처리부, 상기 비디오신호처리부 및 오디오셔플부에서 출력되는 오디오 및 비디오 데이터에 에러정정코드가 부가된 데이터를 출력하는 에러정정부호화부를 포함한다. 디지털 비디오 레코더에서 4채널로 제한된 오디오 데이터를 그 이상으로 기록할 수있게 하여 음질을 향상시킬 수있을 뿐만 아니라 가정용 극장 시스템과 같은 멀티 사운드와 같은 효과를 얻을 수있다.

Description

디지털 비디오 신호 처리 장치{Digital video signal processor}

본 발명은 디지털 비디오 테이프 레코더의 디지털 신호 처리 장치에 관한 것으로서, 특히 디지털 비디오 레코더에서 비디오 데이터 영역에 오디오 데이터를 기록하는 장치에 관한 것이다. 일반적으로 표준 규격-디지털 비디오 테이프 레코더(Standard Definition-Digital Video Tape Recorder:이하 SD-DVCR이라 칭함)는 비디오 및 오디오 신호를 디지털로 압축하여 기록하고 재생시 원래의 신호로 복구한다.

도 1은 통상적인 SD-DVCR의 신호 흐름을 보이는 블록도이다.

도 2a 및 도 2b는 SD-DVCR의 기록 포맷을 가지는 트랙 구조도이다. 여기서 도 2a는 525/60 시스템에 적용되며, 도 2b는 625/50 시스템에 적용된다.

도 1에 도시된 바와 같이 비디오 신호는 제1디지털-아날로그변환(ADC)부(110)에서 디지털 비디오 신호로 변환되며, 비디오 셔플부(120)에서 매크로 블록 단위로 데이터를 뒤섞는 셔플링(Shuffling)을 수행하여 비디오 세그먼트 블록으로 구성되며, 비디오 신호 처리부(130)에서 DCT(Discrete Cosine Transform), 양자화, VLC(Variable Length Coding), 포맷(Format)과정을 거쳐 일정 비율의 신호로 압축된다. 또한 비디오 데이터는 비디오 신호 처리부(130)에서 원래의 데이터가 가지는 정보를 최대한 유지하는 방향으로 비디오 세그먼트 블록에 데이터가 채워진다. DCT 변환된 데이터 종류에 따라서 비디오 세그먼트 블록 전체가 데이터로 채워질 수도 있고 또는 일부만이 데이터로 채워질 수있다. 일부만이 비디오 데이터로 채워질 때는 여백에 해당하는 공간에 더미(Dummy) 데이터가 채워진다. 한편 오디오 신호는 제2ADC부(140)는 아날로그 오디오 신호를 디지털 오디오 신호로 변환하며, 오디오 신호 처리부(150)에서 비트 조작 및 오디오 셔플링을 수행한다. 따라서 비디오 신호 처리부(130) 및 오디오 신호 처리부(150)에서 출력되는 비디오 데이터 및 오디오 데이터는 ECC부(170)에서 각각에 에러 정정 코드가 부가된다. 에러 정정된 비디오 데이터 및 오디오 데이터는 기록 부호화하여 기록용 자기 헤드(180)를 통해 자기 테이프에 도 2a, 도 2b에 도시된 바와 같이 기록된다. 여기서 오디오 데이터는 압축을 하지 않고 2채널 또는 4채널로 기록한다. 즉, 도 2a의 525/60(NTSC) 시스템에서 1프레임은 10트랙으로 구성되어 있고 오디오 데이터가 채널1, 채널2로 구분되어 기록된다. 또한 도 2b의 625/50(PAL) 시스템에서 1프레임은 12트랙으로 구성되어 있고 오디오 데이터가 채널1, 채널2로 구분되어 기록된다. 2채널을 기록하는 경우 1 워드(word)당 16비트씩 최초의 5개 또는 6개 트랙에 1채널, 후반의 5트랙 또는 6트랙에 1채널을 기록한다. 4채널을 기록하는 경우 1워드당 12비트씩 전반에 1채널과 2채널의 데이터, 후반에 3채널과 4채널의 오디오 데이터를 기록한다. 이와 같이 기존의 SD-DVCR의 규격은 오디오 데이터를 최대 4채널로 제한한다. 따라서 기존의 SD-DVCR에는 2채널을 기록시에는 16비트가 가능하나 4채널에서는 12비트 정도로 기록되기 때문에 음질이 저하할 뿐만 아니라 4채널 이상의 오디오 채널을 기록하는 것이 불가능한 단점이 있었다.

본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 SD-DVCR에서 비디오 데이터가 기록될 영역의 일부에 오디오 데이터를 기록함으로서 오디오 채널수를 확장할 수 있는 장치를 제공하는 데있다.

도 1은 통상적인 SD-DVCR의 신호 흐름을 보이는 블록도이다.

도 2a 및 도 2b는 SD-DVCR의 기록 포맷을 가지는 트랙 구조도이다.

도 3은 DVCR에 있어서 디지탈 비디오 데이타의 매크로 블록(MACRO BLOCK)의 구성도이다.

도 4는 본 발명에 따른 디지털 비디오 신호 처리 장치를 보이는 블록도이다.

도 5는 도 4의 비디오신호처리부(430)에서 행해지는 데이터량 조절 장치를 보이는 블록도이다.

도 6은 도 5의 QNO선택부(510) 상세도이다.

도 7은 도 6의 비교선택부(660)에서 QNO를 선택하는 흐름도이다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여, 비디오 데이터 영역에 오디오 데이터를 기록하는 장치에 있어서, 비디오 데이터를 셔플링하는 비디오 셔플링부; 오디오 데이터를 소정 포맷상의 형태로 신호처리하고 셔플링하는 오디오 신호 처리부; 상기 비디오셔플부에서 셔플링된 비디오 데이터를 압축하여 일정량의 여분 공간을 준비하고 그 공간에 상기 오디오 신호처리부에서 출력되는 오디오 데이터의 일부분 기록하는 비디오신호처리부; 상기 비디오신호처리부 및 오디오셔플부에서 출력되는 오디오 및 비디오 데이터에 에러정정코드가 부가된 데이터를 출력하는 에러정정부호화부를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 비디오 신호 처리 장치이다.

이하 첨부된 도면을 참조로하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.

도 3은 DVCR에 있어서 디지탈 비디오 데이타의 매크로 블록(MACRO BLOCK)의 구성도이며, 각각 14바이트(Byte)인 4개의 휘도 성분의 블럭(Y0,Y1,Y2,Y3)과 각각 10바이트(Byte)인 2개의 색차 성분 블럭(Cr,Cb)이 76바이트로 구성되며, 여기에는 휘도 성분과 색차 성분의 DC 계수인 DC0,DC1,DC2,DC3,DC4,DC5 및 AC 계수의 가변장 코드인 AC가 있다. 부가 정보는 에러 정보인 STA(State), 양자화 정보인 QN0(Quantization Number)의 1바이트로 총 77바이트가 된다.

도 4는 본 발명에 따른 디지털 비디오 신호 처리 장치를 보이는 블록도이며, 비디오 신호를 디지털로 변환하는 비디오 아날로그-디지털 변환(ADC)부(410), 비디오ADC부(410)에서 출력되는 비디오 데이터를 셔플링하는 비디오셔플부(420), 오디오 신호를 디지털로 변환하는 오디오 아날로그-디지털 변환(ADC)부(440), 오디오 데이터를 셔플링하는 오디오 신호 처리부(450), 비디오셔플부(420)에서 셔플링된 비디오 데이터를 압축 신호 처리하고, 여분의 공간에 오디오셔플부(420)에서 출력되는 부가 오디오 데이터를 기록하는 비디오 신호 처리부(430), 비디오신호처리부(430) 및 오디오신호처리부(450)에서 출력되는 오디오 및 비디오 데이터를 에러정정하는 에러정정부호화(ECC)부(470), 에러정정부호화(ECC)부(470)에서 출력되는 데이터를 기록매체에 기록하는 자기헤드(480)로 구성된다.

도 4에 도시된 바와 같이 입력되는 아날로그 비디오 신호는 비디오디지털-아날로그변환(ADC)부(110)에서 디지털 비디오 신호로 변환되며, 비디오 셔플부(120)에서 매크로 블록 단위로 데이터를 뒤섞는 셔플링(Shuffling)을 수행하여 비디오 세그먼트(Segment) 블록으로 구성한다. 여기서 비디오세그먼트(Segment)블록은 도 3에 도시된 5개의 매크로블록으로 구성된다.

셔플링된 비디오 데이터는 비디오 신호처리부(430)에서 DCT(Discrete Cosine Transform), 양자화, VLC(Variable Length Coding), 포맷(Format)과정을 거쳐 일정 비율의 신호로 압축된다. 즉, DCT 과정에서는 블록의 움직임 정보에 따라 DCT 블록의 크기를 달리하여 DCT를 계산하며, 지그-재그 스캔과정에서 DCT 계수를 지그-재그 스캔되며, 양자화 과정은 1비디오 세그먼트의 데이터양을 제한하기 위해 수행되며 양자화 넘버(QNO)에 의해 양자화 스텝사이즈가 결정된다. 다음 양자화된 DCT계수는 "0"가 연속적으로 나타나는 개수와 "0"가 아닌 계수들의 값들을 2차원으로 표시되고, 그 DCT계수들이 어떤 위치 이후에 계속해서 끝까지 "0"가 발생할 경우는 블록의 끝을 나타내는 EOB(End Of Block) 부호를 추가하는 RLC(Run Length Coding)과정이 수행된다. RLC 된 코드는 통계적 특성에 따라 가변장 부호를 사용하는 VLC과정이 수행된다. 다음 포맷 과정을 수행하는 데 한 세그먼트에는 30개의 DCT 블럭이 있으며 30개의 기록 공간이 구분되어 준비된다. 모든 기록 공간은 우선 자신의 블럭으로 부터 발생되는 허프만 부호를 최우선으로 담으며, 허프만 부호가 남으면 동일 매크로 블럭내의 다른 블럭의 기록 공간에 준다(macroblock residual: MR 과정이라 칭함). 또한 매크로 블럭내에서 기록 공간의 주고 받기가 끝나면 이번에는 5개의 동기 블럭간에 남거나 모자라는 상태에 따라 주거나 받아 오기를 한다(video segment residual: VR 과정이라 칭함). 따라서 비디오신호처리부(430)는 비디오 세그먼트 블록에 채워지는 데이터를 조절하여 오디오 데이터가 기록될 일정량의 빈 공간을 준비하며, 포맷과정에서 MR,VR 과정을 수행하고 나서 기존의 4채널 이상을 아날로그-디지탈 변환할 수 있는 오디오ADC부(440), 오디오 신호 처리부(450)를 통하여 발생하는 4채널 이상의 오디오 데이터를 기록한다. 비디오 신호처리부(430) 및 오디오 신호 처리부(450)에서 출력되는 비디오 데이터 및 오디오 데이터는 ECC부(470)에서 각각에 에러 정정 코드가 부가된다. 에러 정정된 비디오 데이터 및 오디오 데이터는 기록 부호화하여 기록용 자기 헤드(480)를 통해 자기 테이프에 도 2a, 도 2b에 도시된 바와 같이 기록된다. 각 비디오 세그먼트가 블록이 가지는 오디오 데이터의 사이즈는 오디오 데이터가 몇채널을 갖는가에 따라 종속적이며 각 채널에 대한 오디오 데이터의 사이즈는 일정하다. 또한 현재 기록되는 오디오 채널의 수 정보는 비디오 보조 데이터 영역과 오디오 보조 데이터 영역에 기록한다.

도 5는 도 4의 비디오신호처리부(430)에서 행해지는 데이터량 조절 장치를 보이는 블록도이며, QNO 선택부(510), 딜레이부(520), 양자화부(530), RLC(540), VLC(550), 포맷터(560)로 구성되며, 상기 QNO 선택부(510)는 비디오 데이터를 입력하여 QNO 및 EOB(End Of Block) 신호를 상기 양자화부(530) 및 RLC(540)에 인가된다.

도 5에 도시된 바와 같이 먼저 QNO 선택부(510)는 입력되는 비디오 데이터를 참조하여 양자화스텝사이즈를 결정하는 QNO 및 블록의 종료를 나타내는 EOB 신호를 발생한다. 비디오 데이터의 DCT 계수는 QNO 선택부(510)에서 발생하는 QNO와 동기되기 위하여 딜레이부(520)에서 딜레이된다. 양자화부(530)는 QNO 선택부(510)에 의해 선택된 QNO에 따라 딜레이부(520)에서 출력되는 DCT 계수를 양자화한다. RLC(540)에서 DCT계수의 "0"을 계속부호화하지 않고 그 개수를 세어 부호화하는 런 렝스 부호를 수행하며, 이때 QNO선택부(510)에서 EOB가 인가되면 블록을 종료한다. 다음 VLC(550)에서 런 렝스 부호화된 DCT계수를 호프만(Hoffman) 부호화하여 가변장 부호화한다. 다음 포맷터(560)에서 MR, VR을 수행하여 비디오 세그먼트 블록의 빈공간에 오디오 데이터가 기록되며, 제1매크로블럭의 제1DCT부터 빈공간을 검색하여 그곳에 순차적으로 데이터가 기록된다.

도 6은 도 5의 QNO선택부(510) 상세도이며, 제1QNO - 제6QNO로 이루어진 QNO부가부(610), 제1양자화 - 제6양자화기로 이루어진 양자화기(620), 제1RLC - 제RLC기로 이루어진 RLC기(630), 제1VLC - 제6VLC기로 이루어진 VLC기(634), 제1CLC - 제6CLC로이루어진 CLC(Code Length Counter)(640), 메모리(650), 비교선택부(660)로 이루어진다.

도 6에 도시된 바와 같이 입력되는 비디오 데이터는 QNO부가부(610)의 제1QNO부터 제6QNO 각각에서 대표적으로 주어진 QNO에 의하여 제1양자화기부터 제6양자화기를 포함하는 양자화부(620)에서 각각 양자화를 수행한다. 즉 예를 들면 제1QNO는 제일적은 양자화스텝사이즈인 11이며, 제2QNO는 9이며, 제3QNO는 7이며, 제4QNO는 5이며, 제5QNO는 3이며, 제6QNO는 제일큰 양자화스텝사이즈인 0이이다. 다음은 제1양자화기부터 제6양자화기에서 각각 양자화된 데이터는 제1RLC부터 제6RLC를 포함하는 RLC부(630)에서 RLC를 수행하고, 제1VLC부터 제6VLC를 포함하는 VLC부(634)에서 VLC를 수행하여 각각의 코드길이를 출력한다. 다음은 제1CLC부터 제6CLC를 포함하는 CLC부(640)에서 제1VLC부터 제6VLC로부터 출력되는 코드길이를 1비디오 세그먼트 단위마다 카운트 한다. 비교선택부(660)는 제1CLC부터 제6CLC에서 각각 1비디세그먼트 단위마다 출력되는 카운트값과 메모리(650)에 미리 설정된 드레숄드(Threshold:기준)값(A)과 서로 비교한 후 그에 맞는 QNO를 선택한다. 여기서 메모리(650)에 저장된 A값은 오디오 데이터가 입력될 공간을 뺀 비디오 세그먼트 공간의 코드길이값이다.

도 7은 도 6의 비교선택부(660)에서 QNO를 선택하는 흐름도이다.

도 7에 도시된 바와 같이 제1CLC에서 발생되는 카운트값이 메모리(650)에 저장된 A값보다작으면 11 - 15까지의 QNO로 선택하고(710,712과정), 그렇지 않으면 제2CLC에서 발생되는 카운트값과 비교하여 A값보다작으면 9 - 10까지의 QNO로 선택하고(714,716과정), 그렇지 않으면 제3CLC에서 발생되는 카운트값과 비교하여 A값보다작으면 8 - 7까지의 QNO로 선택하고(718,720과정), 그렇지 않으면 제4CLC에서 발생되는 카운트값과 비교하여 A값보다작으면 6 - 5까지의 QNO로 선택하고(722,724과정), 그렇지 않으면 제5CLC에서 발생되는 카운트값과 비교하여 A값보다작으면 4 - 3까지의 QNO로 선택하고(724,726과정), 그렇지 않으면 제6CLC에서 발생되는 카운트값과 비교하여 A값보다작으면 2 - 0까지의 QNO로 선택하고(728,730과정), 그렇지 않고 양자화스텝사이즈가 제일큰 QNO "0"을 선택해도 그 카운트값이 A보다 클경우에는 강제적으로 EOB를 부가하여(732과정) 초과되는 데이터를 제한하게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 디지털 비디오 레코더에서 4채널로 제한된 오디오 데이터를 그 이상으로 기록할 수있게 하여 음질을 향상시킬 수있을 뿐만 아니라 가정용 극장 시스템과 같은 멀티 사운드와 같은 효과를 얻을 수있다.

Claims (7)

1. 비디오 데이터 영역에 오디오 데이터를 기록하는 장치에 있어서,

   비디오 데이터를 셔플링하는 비디오 셔플링부;

   오디오 데이터를 소정 포맷상의 형태로 신호처리하고 셔플링하는 오디오 신호 처리부;

   상기 비디오셔플부에서 셔플링된 비디오 데이터를 압축하여, 일정량의 여분 공간을 준비하고 그 공간에 상기 오디오 신호처리부에서 출력되는 부가 오디오 데이터를 기록하는 비디오신호처리부;

   상기 비디오신호처리부 및 오디오셔플부에서 출력되는 오디오 및 비디오 데이터에 에러정정코드가 부가된 데이터를 출력하는 에러정정부호화부를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 비디오 신호 처리 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 비디오신호처리부에 기록될 오디오 데이터는 SD-DVCR의 비디오보조 데이터 영역 및 오디오보조 데이터 영역에 기록되는 것임을 특징으로 하는 디지털 비디오 신호 처리 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 비디오 신호처리부는

   비디오 데이터를 압축하여 발생하는 코드길이값과 기준되는 코드길이값에 따라 QNO가 설정되는 QNO선택부;

   상기 비디오 데이터를 상기 QNO선택부에서 발생하는 QNO에 따라 양자화하는 양자화부;

   상기 양자화된 비디오 데이터를 런렝스 코드화하는 런렝스코딩부;

   상기 런렝스코딩부에서 발생하는 코드를 가변장 부호화하는 가변장부호화부;

   상기 가변장 부호화부에서 발생하는 비디오 데이터를 소정의 포맷대로 배치하는 포맷터를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 비디오 신호 처리 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 QNO 선택부는

   각기 다르게 주어진 QNO에 따라 각각 양자화를 수행하는 복수개의 양자화부;

   상기 복수개의 양자화부에서 발생하는 계수를 각각 런렝스코드화하는 복수개의 런렝스코딩부;

   상기 복수개의 런렝스코딩부에서 발생하는 코드를 각각 가변장 부호화하는 복수개의 가변장부호화부

   상기 복수개의 가변장부호화부에서 발생하는 각각의 코드길이를 카운트하는 복수개의 코드길이카운터;

   상기 코드길이카운터에서 발생하는 카운트값과 미리설정된 기준값을 비교하여 QNO를 선택하는 비교선택부를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 비디오 신호 처리 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 코드길이 카운터는 1비디오 세그먼트의 코드길이에서 리셋되는 것임을 특징으로 하는 디지털 비디오 신호 처리 장치.
6. 제4항에 있어서, 상기 비교선택부의 코드길이 카운트값이 미리설정된 기준값보다 크면 소정의 QNO를 선택하고, 그렇지 않으면 블록을 종료하는 것임을 특징으로 하는 디지털 비디오 신호 처리 장치.
7. 제5항에 있어서, 미리설정된 기준값은 오디오 데이터가 입력될 공간을 뺀 비디오 세그먼트 공간의 코드길이값임을 특징으로 하는 디지털 비디오 신호 처리 장치.

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