KR100286220B1 - 영상 부호화기의 적응 양자화 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이전 영상 블록의 적응 양자화 값에 대한 현재 영상 블록의 적응 양자화 값의 변화량에 따라 적응 양자화 값의 변화를 최소화시킴으로써 발생되는 비트의 수를 줄이고 화질을 개선토록 한 영상 부호화기의 적응 양자화장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 이러한 본 발명, 현재 영상으로부터 얻어지는 적응 양자화 값과 이전 영상 블록의 적응 양자화 값을 비교하여 그 변화량을 산출하고, 산출한 변화량과 미리 설정한 임계치를 비교한다. 비교 결과 산출한 변화량이 임계치보다 클 경우 현재 영상으로부터 얻어지는 적응 양자화 값을 선택하여 출력하고, 비교 결과 산출한 변화량이 임계치보다 작을 경우 이전 영상의 적응 양자화 값을 선택하는 출력함으로써, 발생되는 양자화 비트를 줄이고 화질 개선이 가능하다.

Description

영상 부호화기의 적응 양자화 장치 및 그 방법{apparatus and method for adaptative quantizing in image coder}

본 발명은 영상 부호화기(예를 들어, MPEG-1 시스템, MPEG-2 시스템)의 적응 양자화에 관한 것으로, 특히 이전 영상 블록의 적응 양자화값에 대한 현재 영상 블록의 적응 양자화값의 변화량에 따라 적응 양자화값의 변화를 최소화시킴으로써 발생되는 비트의 수를 줄이고 화질을 개선토록 한 영상 부호화기의 적응 양자화장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 동영상 부호화에 관한 국제 표준안인 MPEG-1, MPEG-2는 복합 움직임 보상/이산여현부호화 방식을 채택하고 있으며, 이러한 방식은 전송할 동영상의 데이터 량을 줄이고, 화질을 개선하고자 하는 취지에서 현재에도 지속적으로 연구 및 개발이 진행중이다.

첨부한 도면 도1은 일반적인 영상 부호화기의 구성을 보인다.

도1에서, 움직임 추정부(1)는 입력 영상과 예측을 위해 프레임 메모리(2)에 저장되어 있는 이전 영상을 이용하여 움직임 추정을 하여 움직임 벡터를 추출한다. 움직임 보상부(3)는 움직임 추정부(1)에서 얻어지는 움직임 벡터를 이용하여 현재 처리될 입력 영상의 매크로 블록(16*16)의 예측 값을 프레임 메모리(2)에 저장된 이전 프레임의 참조 영상으로부터 획득하게 된다. 이렇게 하여 획득된 예측된 블록과 입력 영상 블록은 감산기(4)에서 감산되어 그 차이 값이 이산여현변환부(5)에 전달되며, 이산여현변환부(5)는 그 차이 값을 DCT하게 되고, 양자화기(6)는 DCT된 데이터를 양자화 하여 그 결과치를 가변장 부호화부(7) 및 역양자화기(8)에 각각 전달해준다. 가변장 부호화부(7)는 양자화된 영상 데이터를 가변장 부호화(VLC)하여 비트열로써 수신단에 전송하게 된다. 역양자화기(8)는 상기 양자화기(6)에서 양자화된 영상 신호를 역양자화 하게 되고, 역이산여현변환부(9)는 역양자화된 영상신호를 역DCT하게 되고, 이렇게 역DCT된 영상 데이터는 가산기(10)에서 상기 움직임 보상부(3)에서 얻어지는 예측된 블록과 가산되고, 그 결과로 얻어지는 영상 블록은 프레임 메모리(2)에 이전 프레임의 참조 영상으로 저장되어, 다음 영상 블록의 움직임 추정과 움직임 보상에 사용되어진다. 여기서 양자화 제어기(11)는 가변장 부호화부(7)내의 버퍼 상태를 체크하여 상기 양자화기(6)의 출력을 컨트롤하게 된다.

이러한 일반적인 영상 부호화기는, 출력되는 비트열의 발생 량을 제어하기 위하여 출력 버퍼(가변장 부호화부내에 존재함)와 양자화기를 사용하며, 이를 위해 양자화값을 변화 또는 제어함으로써 출력 버퍼의 넘침(Overflow)이나 언더플로(Underflow)가 발생하지 않도록 한다.

첨부한 도면 도2는 종래 적응 양자화기의 블록도이다.

도시된 바와 같이, 입력되는 원영상으로부터 영상의 활동도(혹은, 복잡도)를 분석하는 영상분석기(21)와, 상기 영상분석기(21)에서 얻어지는 영상의 활동도와 출력 버퍼에 의한 양자화값을 곱셈하여 그 결과치를 적응 양자화값으로 출력하는 곱셈기(22)로 구성되었다.

이와 같이 구성된 종래 적응 양자화기는, 영상분석기(21)에서 입력되는 원영상을 분석하여 영상의 활동도(복잡도)(N_act)를 추출하고, 곱셈기(22)에서 출력 버퍼의 상태에 따른 양자화값(Qf : 도1의 양자화 제어기에서 얻어짐)을 곱하여 그 결과치를 적응 양자화값(MQ)으로 출력한다. 이를 식으로 표현하면 다음과 같다.

MQ = N_act * Qf ...... 식(1)

즉, 상기와 같은 종래의 적응 양자화기는 영상의 활동도가 복잡해질수록 덜 민감한 인간의 시각 특성을 이용하여 블록 단위로 Qf값에 영상의 활동도(N_act)를 승산 하여 수정된 양자화값을 최종 적응 양자화값(MQ)으로 출력하게 된다.

하기 표<1-1>는 상기 적응 양자화값의 계산과 양자화값의 전송 블록을 보인 것이다.

표<1-1>

영상 블록 번호	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
버퍼에 의한 양자화값	10	10	10	10	10	9	9	9	9	9	9
영상의 활동도	0.5	0.6	0.5	0.8	0.9	1.1	1.7	1.5	1.5	1.4	1.3
적응 양자화값	5	6	5	8	9	10	15	14	14	13	12
양자화값 전송 블록	*	*	*	*	*	*	*	*		*	*

상기 표<1-1>에서 *은 해당 영상 블록의 양자화값을 수신단에 전송함을 의미한다.

이러한 적응 양자화값의 전송은 이전 블록의 적응 양자화값이 현재 블록의 적응 양자화값과 다를 때마다 블록 단위로 비트열에 실어주어야 하므로, 블록 단위로 영상의 변화가 많으면 많을수록 양자화 비트의 발생 량이 늘어나게 된다. 양자화 비트의 발생 량이 많아지면 결국 화질의 저하를 가져오지만 인간의 시각 특성을 적용하기 위해서는 적용 양자화 방법을 사용한다.

그러나 상기와 같은 종래의 적응 양자화 방법은 인간의 시각특성을 적용하기 위해 적응 양자화 기법을 사용하지만, 이로 인해 비트의 발생 량이 늘어나 효율적이지 못하고, 비트량의 증가로 화질이 저하되는 문제점을 발생하였다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 적응 양자화 방법에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서,

본 발명의 목적은, 이전 영상 블록의 적응 양자화값에 대한 현재 영상 블록의 적응 양자화값의 변화량에 따라 적응 양자화값의 변화를 최소화시킴으로써 발생되는 비트의 수를 줄이고 화질을 개선토록 한 영상 부호화기의 적응 양자화장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명(장치)은,

입력되는 영상으로부터 영상의 활동도(혹은, 복잡도)를 분석하는 영상분석기와, 상기 영상분석기에서 얻어지는 영상의 활동도와 출력 버퍼에 의한 양자화값을 곱셈하여 그 결과치를 적응 양자화값으로 출력하는 곱셈기로 구성된 적응 양자화 장치에 있어서,

상기 곱셈기에서 출력되는 적응 양자화값과 바로 이전 영상 블록의 적응 양자화값을 비교하여 현재 영상의 양자화값 변화량을 추출하고, 그 추출한 변화량을 미리 설정한 임계치와 비교하여 그 결과에 따라 이전 양자화값과 상기 곱셈기에서 출력되는 적응 양자화 값중 하나를 선택적으로 출력하는 양자화값 출력 결정기를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명(방법)은,

현재의 영상으로부터 얻어지는 적응 양자화값과 이전 영상 블록의 적응 양자화값을 비교하여 그 변화량을 산출하는 제1단계와;

상기 산출한 변화량과 미리 설정한 임계치를 비교하는 제2단계와;

상기 비교 결과 산출한 변화량이 상기 임계치보다 클 경우 현재 영상으로부터 얻어지는 적응 양자화값을 선택하여 출력하는 제3단계와;

상기 비교 결과 산출한 변화량이 상기 임계치보다 작을 경우 이전 영상의 적응 양자화값을 선택하는 출력하는 제4단계로 이루어짐을 특징으로 한다.

상기에서, 제1단계의 변화량 산출은, 이전 영상의 적응 양자화값에서 현재 영상의 적응 양자화값을 감산하고, 그 차이 값의 절대치를 변화량으로 산출하는 것을 특징으로 한다.

도1은 일반적인 영상 부호화기의 블록도,

도2는 종래 적응 양자화기의 블록도,

도3은 본 발명에 의한 적응 양자화기의 블록도,

도4는 본 발명에 의한 적응 양자화 방법을 보인 흐름도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

21 : 영상 분석기

22 : 곱셈기

23 : 양자화값 출력 결정기

이하, 상기와 같은 기술적 사상에 따른 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거 상세히 설명한다.

첨부한 도면 도3은 본 발명에 의한 영상 부호화기의 적응 양자화 장치 블록도이다.

도시된 바와 같이, 영상 분석기(21) 및 곱셈기(22)의 구성 및 작용은 종래와 동일하며, 본 발명은, 상기 곱셈기(22)에서 출력되는 적응 양자화값과 바로 이전 영상 블록의 적응 양자화값을 비교하여 현재 영상의 양자화값 변화량을 추출하고, 그 추출한 변화량을 미리 설정한 임계치와 비교하여 그 결과에 따라 이전 양자화값과 상기 곱셈기(22)에서 출력되는 적응 양자화 값중 하나를 선택적으로 출력하는 양자화값 출력 결정기(23)를 포함하여 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 영상 부호화기의 적응 양자화 장치를 첨부한 도면 도4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

영상 분석기(21)에서 입력되는 영상을 분석하여 영상의 활동도(복잡도)(N_act)를 추출하고, 곱셈기(22)에서 출력 버퍼의 상태에 따른 양자화값(Qf : 도1의 양자화 제어기에서 얻어짐)을 곱하여 그 결과치를 현재 영상의 적응 양자화값(MQ1)으로 출력한다(식(1)참조)(ST1).

그러면 양자화값 출력 결정기(23)는 상기 곱셈기(22)에서 얻어지는 현재 영상의 적응 양자화값(MQ1)과 바로 이전 영상의 적응 양자화값(MQ2)을 비교하여 현재 영상의 적응 양자화값의 변화량을 산출한다(ST2). 즉, 바로 이전 영상의 적응 양자화값(MQ2)에서 현재 영상의 적응 양자화값(MQ1)을 감산(MQ2 - MQ1)하여 그 차이 값을 산출하고, 그 차이 값의 절대치(d = │MQ2 - MQ1│)를 적응 양자화값의 변화량으로 산출한다.

이후 상기 산출한 변화량(d)과 현재 영상의 적응 양자화값 선택을 위해서 미리 설정한 임계치(T)를 비교한다(ST3). 여기서 영상의 변화량이 아주 미세할 경우 실제 인간의 시각으로 이를 식별하기가 매우 어려웁다. 따라서 임계치(T)는 현재 영상이 바로 이전 영상에 대비 변화가 미세한지 아니면 변화가 많은지를 판단하기 위해서 미리 설정한 값이며, 그 값은 실험에 의해 결정한다.

아울러 상기 비교 결과 산출한 변화량(d)이 상기 임계치(T)보다 적거나 같을 경우 바로 이전 적응 양자화값(MQ2)을 선택하며(ST4), 이와는 달리 상기 변화량(d)이 상기 임계치(T)보다 클 경우에는 영상의 변화가 많다고 판단을 하고 현재 영상의 적응 양자화값(MQ1)을 선택한다(ST5).

그런 후 선택한 적응 양자화값을 현재 부호화할 영상의 적응 양자화값(이것을 임계치를 적용한 양자화값이라고 칭한다)을 출력한다(ST6).

여기서 출력할 적응 양자화값을 이전 적응 양자화값으로 선택한 경우에는 그 선택한 이전 양자화값은 전송할 필요가 없으며, 이를 알려주는 데이터(아주 적은 양의 데이터, 혹은 '1'비트를 이용하여 구현할 수 도 있음)만 가변장 부호화기에 전달해주면 된다. 따라서 가변장 부호화기에서 부호화되는 영상 데이터의 양도 줄어들며, 이렇게 양자화값이 차지하는 데이터를 줄임으로써 화질 개선이 가능하다.

하기 표<1-2>는 상기 임계치를 적용한 적응 양자화값의 계산과 양자화값의 전송 블록을 보인 것이다. 표<1-2>에서 *은 해당 영상 블록의 양자화값을 전송함을 의미한다.

표<1-2>

블록 번호	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
버퍼에 의한 양자화 값	10	10	10	10	10	9	9	9	9	9	9
영상의 활동도	0.5	0.6	0.5	0.8	0.9	1.1	1.7	1.5	1.5	1.4	1.3
적응 양자화 값	5	6	5	8	9	10	15	14	14	13	12
임계치를 적용한 값	5	5	5	8	8	8	15	15	15	13	13
양자화값 전송블록	*			*			*			*

상기 표<1-2>에 도시된 *의 개수와 표<1-1>에 도시된 *의 개수를 비교하여 보면, 본 발명에 의한 양자화값 전송 블록이 매우 작음을 알 수 있다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은, 현재 영상의 적응 양자화값과 이전 영상 블록의 적응 양자화값을 비교하여 현재 영상의 양자화값 변화량을 추출하고, 그 추출한 변화량을 미리 설정한 임계치와 비교하여 그 결과에 따라 전 영상의 적응 양자화값과 현재 영상의 적응 양자화값 중 하나를 선택적으로 출력하는 방법으로 적응 양자화값의 변화를 최소화시킴으로써, 양자화 비트를 줄일 수 있고, 화질 개선이 가능한 효과가 있다.

Claims (3)

1. 입력되는 영상으로부터 영상의 활동도(혹은, 복잡도)를 분석하는 영상분석기와, 상기 영상분석기에서 얻어지는 영상의 활동도와 출력 버퍼에 의한 양자화값을 곱셈하여 그 결과치를 적응 양자화값으로 출력하는 곱셈기로 구성된 적응 양자화 장치에 있어서,

   상기 곱셈기에서 출력되는 적응 양자화값과 바로 이전 영상 블록의 적응 양자화값을 비교하여 현재 영상의 양자화값 변화량을 추출하고, 그 추출한 변화량을 미리 설정한 임계치와 비교하여 그 결과에 따라 이전 양자화값과 상기 곱셈기에서 출력되는 적응 양자화 값중 하나를 선택적으로 출력하는 양자화값 출력 결정기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 영상 부호화기의 적응 양자화장치.
2. 입력되는 현재의 영상을 양자화 하는 양자화 방법에 있어서,

   상기 현재 영상으로부터 얻어지는 적응 양자화값과 이전 영상 블록의 적응 양자화값을 비교하여 그 변화량을 산출하는 제1단계와;

   상기 산출한 변화량과 미리 설정한 임계치를 비교하는 제2단계와;

   상기 비교 결과 산출한 변화량이 상기 임계치보다 클 경우 현재 영상으로부터 얻어지는 적응 양자화값을 선택하여 출력하는 제3단계와;

   상기 비교 결과 산출한 변화량이 상기 임계치보다 작을 경우 이전 영상의 적응 양자화값을 선택하는 출력하는 제4단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 영상 부호화기의 적응 양자화방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 제1단계의 변화량 산출은, 이전 영상의 적응 양자화값에서 현재 영상의 적응 양자화값을 감산하고, 그 차이 값의 절대치를 변화량으로 산출하는 것을 특징으로 하는 영상 부호화기의 적응 양자화방법.