KR100294547B1 - 디지털텔레비전시스템내의데이터분리처리장치 - Google Patents

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제이 엘. 차스킨, 버나드 스나이더, 아더엠. 킹
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Abstract

비디오 시스템은 고우선 순위의 가변 길이 부호 데이터어 및 저우선 순위의 가변 길이 부호 데이터어를 포함하는 비트스트림을 처리한다. 부호 데이터는 각 데이터 패킹 장치에 의하여 팩된 고우선 순위 데이터(155) 및 팩된 저우선 순위 데이터(145)로 분리된다. 부호 데이터는 양쪽 팩킹 장치에 연속적으로 인가된다. 부호데이터의 고순위 순위 및 저순위 순위 소자의 비트 길이를 표시하는 고우선 순위 및 저우선 순위 길이 워드는 고우선 순위 데이터 팩커 및 저우선 순위 데이터 팩커에 각각 인가된다. 저우선 순위 길이 워드는 고우선 순위 데이터가 제1 출력 경로를 통해 전송을 위해 팩화될 때 제로가 되고, 고우선 순위 길이 워드는 저우선 순위 데이터가 제2 출력 경로를 통해 전송을 위해 팩화될 때 제로가 된다.

Description

디지털 텔레비전 시스템 내의 데이터 분리 처리 장치
제1도는 본 발명의 원리에 따른 우선 순위가 부여된 데이터 분리 장치의 블록도.
제2도는 제1도의 장치의 부분 상세도.
제3도는 본 발명에 따른 장치를 포함하고 있는 HDTV 부호화 시스템의 블록도.
제4a도 및 제4b도는 제3도에 도시된 시스템의 동작을 이해하는 데에 도움이 되는 부호화된 비디오 신호의 영상 필드/프레임의 시퀀스의 도식도.
제5도는 제3도의 시스템에 있는 압축 장치에서 발생되는 데이터 블록을 나타내는 도식도.
제6도는 제3도의 시스템에 있는 압축 장치에 의해 발생되는 데이터 포맷의 도식도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
112 : 모듈로(32) 제한기
114, 116 : 논리곱 게이트
145 : 표준(저) 우선 순위 데이터 팩커(packer)
155 : 고우선 순위 데이터 팩커
246, 256 : 배럴 시프터
247, 257 : 누산기
305 : 필드/프레임 재정렬 회로
310 : 압축기
311 : 우선 순위 선택기
312 : 전송 처리기
313, 314 : 버퍼
315, 316 : 순방향 에러 부호화(FEC) 소자
317 : 전송 모뎀
본 발명은 예를 들어 텔레비전 신호와 같은 디지털 비디오 신호의 성분들을 분리하는 비디오 신호 처리 장치에 관한 것이다. 더욱 상세히 말하면, 본 발명은 잠재적인 클록 제어(동기)의 문제를 최소한으로 저감하는 방법으로 고선명 디지털 텔레비전 신호 중의 표준 순위 성분과 고우선 순위 성분을 분리하는 데이터 분리 처리 장치에 관한 것이다.
고선명 텔레비전(HDTV) 신호는 수평 해상도와 수직 해상도가 표준 텔레비전 영상(예컨대, NTSC 방식)보다 약 2배의 해상도를 가지며, 표준 텔레비전 영상에 비해 종횡비가 더 넓은 영상 정보를 갖는 것으로 알려져 있다. HDTV 신호는 동시 방송 기술을 사용하여 방송되고 있는데, 여기에서는 2 편의 동일한 프로그램의 별도의 표준 6MHz 채널을 통해 동시에 방송된다. 이 2 편의 프로그램 중 하나에는 하나의 채널로 방송되는 표준 해상도 NTSC 정보를 포함하고 있고, 다른 한편의 프로그램에는 다른 6 MHz 채널로 방송되는 고해상도 정보를 포함하고 있다.
고해상도 동시 방송 채널은 신호 부호화 기술과 데이터 압축 기술을 포함하는 디지털 신호 처리 기법을 사용하여 (표준 6 MHz 채널에서) 구현될 수 있다. 고해상도 디지털 비디오 데이터를 전송하기 위해 부호화하는 처리 과정에 있어서, 상기 비디오 데이터는 계층적 부호화된 포맷으로 압축되어 전송될 수 있다. 이 계층적 포맷에는, 예컨대 전송 중에 데이터가 손실되는 경우, 수신기가 수신된 데이터 스트림 내에 적절한 재입력점을 찾을 수 있도록 데이터 세그먼트를 식별하는 헤더 데이터를 포함하고 있다. 수신기에서 서비스의 혼란이나 서비스의 중단을 초래하는 데이터의 소실이나 손실은 부호화된 비디오 데이터를 전송 블록으로 구성함으로써 별도로 보호할 수 있다. 이 전송 블록은 비디오 데이터의 비교적 작은 부분을 식별하는 추가의 헤더 데이터를 포함한다. 헤더 데이터에는 각각의 전송 블록 내의 데이터 재입력점을 지시하는 포인터를 포함하는 것이 유리하다.
비디오 데이터는 예컨대 MPEG 포맷이나 이와 유사한 포맷과 같은 여러 가지 방법으로 압축된다. MPEG는 국제 표준화 기구에 의해 정해진 표준 부호화 포맷이다. 이 표준은 “국제 표준화 기구(International Organization for Standardization)”의 문헌, 즉 1991년 11월 23일자로 개정된 ISO/IEC DIS 11172, “디지털 기억 매체에 대한 동화상 및 오디오의 부호화(Coding of Moving Pictures and Associated Audio for Digital Storage Media)”라고 하는 문서에 설명되어 있는데, 이 문헌에는 일반적인 부호 포맷에 대한 설명도 있다. MPEG와 같은 처리 및 관련 헤더를 갖는 비디오 데이터 전송 블록을 사용하는 고해상도 텔레비전 신호를 처리하는 시스템은 에이. 에이. 아캄포라(A. A. Acampora)씨 등에게 허여된 미국 특허 제5,168,356호(발명의 명칭:“부호화된 비디오 신호를 전송용으로 분할하는 장치(Apparatus for Segmenting Encoded Video Signal for Transmission)”에 설명되어 있다. 상기 특허에 설명된 시스템에서는, 전송 프로세서를 사용해서 데이터 워드를 전송 데이터 패킷으로 형성하는 데에 사용되는데, 전송 데이터 패킷은 전송 블록을 구성한다. 이 전송 프로세서도 요구되는 전송 헤더를 발생하고, 이 헤더를 적절한 전송 데이터 패킷과 합성하여, 전송 블록을 형성한다.
동시 방송과 관련해서 유리하게 사용되는 예시적인 HDTV 신호 처리 시스템은 화이트(H. E. White)씨에 의해 1991년 2월 4일자 미국 특허 출원 제650,329호에 설명되어 있다. 이 시스템에서, 고해상도 영상 정보를 포함하는 텔레비전 신호는 6 MHz 전송 대역에서 주파수 다중화된 2 개의 32-QAM(직각 진폭 변조된) 반송파를 사용하여 전송된다. 이 2 개의 반송파 중 하나는 고우선 순위의 정보를 전송하고, 다른 반송파는 (비교적 낮은) 표준 우선 순위의 정보를 전송한다. 고우선 순위 정보는 비록 완전한 영상보다는 못하지만 눈으로 볼 수 있는 영상을 작성하는 데에 필요한 정보이며, 나머지 정보인 표준 우선 순위의 정보보다 훨씬 더 큰 전력을 사용하여 전송된다.
상기 아캄포라씨 등에게 허여된 미국 특허 제 5,168,356호에 개시되어 있는 바와 같이, 상기 화이트씨의 미국 특허 출원에 기술된 2중 반송파인 2중 우선 순위 형태의 비디오 신호는 MPEG형 포맷을 따라 초기에 압축된다. 그 다음에, MPEG형 신호의 부호어(codeword)는 각각의 부호어의 유형의 상대적 중요도에 따라 2 개의 비트스트림으로 분할된다. 중요도가 비교적 높은 비트스트림과 중요도가 비교적 낮은 비트스트림은 각각 높은 우선 순위 및 표준의 (낮은) 우선 순위의 상태가 할당되고, 각각의 반송파에 의해 전송된다.
신호 처리 동작이 실제로 중단되거나 중단될 가능성을 최소로 한 상태에서, MPEG 형식의 부호어를 고우선 순위의 비트스트림과 표준 우선 순위의 비트스트림으로 분할하는 것이 바람직한 것으로 인식되고 있다. 특히, 관련된 시스템의 클록을 인터럽트하여 클록 중지/시작의 동기성의 곤란한 문제를 배제시키는 등과 같이 비트스트림을 인터럽트해야 할 필요없이 이러한 분할을 달성하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 데이터 처리 장치의 팩되어 부호화된 고우선 순위 데이터의 출력 비트스트림과 팩되어 부호화된 표준 우선 순위 데이터의 출력 비트스트림을 제공하는 비디오 신호 부호화 시스템 내에 포함된다. 본 발명의 일실시예에서, 고우선 순위 출력은 가변 길이 부호어(VLC : Variable Length Codeword)의 비트스트림에 응답함과 동시에, 관련된 고우선 순위 데이터 워드의 길이를 나타내는 데이터 워드에 응답하는 고우선 순위 데이터 팩커(packer)에 의해 생성된다. 이와 유사하게, 표준 우선 순위 출력은 상기 VLC 비트스트림에 응답하고, 관련된 표준 우선 순위 데이터 워드의 길이를 나타내는 데이터 워드에 응답하는 표준 우선 순위 데이터 팩커에 의해 생성된다. 고우선 순위 데이터 세그먼트와 표준 우선 순위 데이터 세그먼트로 분할되어 팩되는 VLC 비트스트림은 양쪽의 데이터 팩커에 연속적으로 인가된다.
본 발명의 특징에 따르면, LENGTH 데이터 워드는 각각의 가변 길이 부호어(VLC)에 관련된다. 상기 LENGTH 데이터 워드는 관련 표준 우선 순위의 VLC의 길이(비트 수)를 나타내는 SP(Standard Priority) LENGTH 워드와, 관련된 고우선 순위의 VLD의 길이(비트 수)를 나타내는 HP(Hith priority) LENGTH 워드로 분할된다. 표준 우선 순위 데이터 팩커는 상기 SP LENGTH 워드와 VLC 비트스트림에 응답한다. 표준 우선 순의 VLC가 존재하는 동안, HP LENGTH 워드의 값은 영으로 설정되고, 그에 따라서 고우선 순위 데이터 팩커는 표준 우선 순위 데이터 팩커가 표준 우선 순위의 VLC를 처리하는 동안 유휴 상태가 된다. 마찬가지로, SP LENGTH 워드의 값은 고우선 순위의 VLC가 존재하는 동안 영으로 설정되고, 그에 따라서 표준 우선 순위 데이터 팩커는 고우선 순위의 VLC가 고우선 순위 데이터 팩커에 의해 처리되는 동안 유휴 상태가 된다. SP LENGTH 워드와 HP LENGTH 워드를 영으로 설정하는 것은 영이 아닌 LENGTH 워드와 관련된 데이터에 대한 경로 설정 기구로서 역할을 함으로써, VLC 비트스트림이 HP 데이터 팩커와 SP 데이터 팩커 사이에서 전환되는 것을 방지하고, 그에 따라서 클록 정지/시작의 동기성의 문제를 피할 수 있는 장점이 있다.
제1도에 도시된 바와 같이, 본 발명의 원리에 따른 데이터 분리 처리 장치는 아캄포라씨 등에 의해 허여된 “부호화된 비디오 신호를 전송용으로 분할하는 장치”란 명치의 미국 특허 제5,168,356호에 개시된 MPEG 타입 원리를 사용하는 고해상도 텔레비전(HDTV) 부호화 시스템을 참조하여 설명한다. 상기 시스템의 특정 부분은 제3도, 제4A도, 제5도 및 제6도와 관련하여 설명한다.
제1도에서, 신호 분리 및 복호 회로(110)는 MPEG 표준에 따라서 발생되는 입력 신호 LENGTH 및 H/S를 수신한다. LENGTH 신호는 관련된 가변 길이 부호어와 일치하며 이러한 부호어의 비트 길이를 나타내는 6-비트의 병렬 워드를 포함한다. LENGTH 신호는 가변 길이 부호어를 발생하는 데이터 압축 장치, 예컨대 제3도의 압축기(310)와 관련된 회로망에 의해 발생된다. 종래의 데이터 처리 기술을 사용하여, 각각의 VLC가 생성될 때마다 그 비트 길이가 감지되고, LENGTH 신호로서 2진 형태로 부호화되며, 관련된 VLC와 일치하는 6-비트의 병렬 경로를 통해 전송된다. 신호 H/S는 1-비트의 고/표준 우선 순위의 표시 신호로서, 논리 하이(high)의 기간동안 고우선 순위 반송파로 전송하고자 하는 데이터가 VLC 비트스트림 내에서 발생하는 동안 논리 하이를 나타낸다. 이와 반대로, 표시 신호 H/S의 논리 로우(low)는 논리 로우의 기간동안 표준 우선 순위 반송파로 전송하고자 하는 표준 우선 순위 데이터가 VLC 비트스트림 내에서 발생하는 것을 나타낸다.
신호 분리 및 복호 회로(110)는 입력 모듈로(modulo) 32 제한기(112)와 논리곱 게이트(114, 116)를 포함하며, 제1도에 도시된 바와 같이 구성되고 있다. 각각의 게이트(114, 116)는 모듈로 32 제한기(112)로부터의 병렬 6-비트 출력 신호를 처리하는 게이트 어레이(gate array)이다. 신호 분리 및 복호 회로(110)는, 고/표준 우선 순위 표시 신호 H/S의 논리 상태에 따라서, 연속적인 입력 LENGTH 워드를 표준 우선 순위 워드 길이 표시 데이터(SP LENGTH)와 고우선 순위 워드 길이 표시 데이터(HP LENGTH)로 분리한다. 예를 들어서, 고우선 순위 데이터 워드가 발생하는 동안 표시 신호 H/S가 논리 하이(“1”)레벨을 나타내면, 게이트(116)의 출력은 6-비트의 논리 로우(“0”)를 나타내고, 그에 따라서 SP LENGTH 표시 데이터는 영으로 설정된다. 이와 동시에, 게이트(114)는 동작 가능하게되어 6-비트(고우선 순위)LENGTH 워드를 HP LENGTH 표시 신호로서 통과시킨다. 표준 우선 순위 데이터가 발생하는 동안 표시 신호 H/S가 논리 로우를 나타내면 반대의 결과가 얻어지는데, 이 경우 HP LENGTH 표시 데이터는 영으로 설정되고, 게이트(116)는 SP LENGTH 데이터를 통과시킨다.
입력 가변 길이 부호어(VLC)의 길이는 0~32 비트 사이에 있는 것으로 예상되기 때문에, LENGTH 워드에는 6비트가 사용된다. 33~63 비트 범위 내에서 허용되지 않는 길이는 6-비트의 워드로 지원할 수 있기 때문에, 이러한 값들은 외부적 요인(예컨대, 전력 급증 등)에 의해 발생되고, 후속되는 누산기에 문제를 일으키기 때문에, 입력 LENGTH 워드는 맨 먼저 모듈로 32 제한기(112)에 의해 처리된다. 모듈로 32 제한기(112)는 출력 워드의 개수를 0~32로 제한하고, 관련된 MPEG 가변 길이 부호어의 32 비트 경계를 초과하는 것을 방지한다. 예컨대, 숫자 34를 표시하는 입력 LENGTH 워드는 숫자 2를 표시하는 출력 워드로서 나타난다. 그 결과, 부호어는 길이 “2”로 팩된다. 그렇지만, 길이 “34”는 허용되지 않는 길이이므로, 이것은 부정확하게 된다. 그러나, 그 결과 발생하는 에러는 회복이 가능한데, 이것은 범위를 벗어난 길이가 존재하는 경우는 아니기 때문이다.
서로 분리되어 있는 고우선 순위의 워드 길이 표시 데이터(HP LENGTH) 및 표준 우선 순우의 워드 길이 표시 데이터(SP LENGTH)는 각각의 팩된 고우선 순위 데이터(155) 및 표준 우선 순위 데이터 팩커(145)의 제어 입력에 인가되며, 상기 데이터 팩커들은 팩된 VLC의 데이터 워드의 비트스트림을 각각의 출력에 제공한다. 또한, 데이터 팩커는 VLC 비트스트림을 동시에 수신한다. H/S 표시 신호가 논리 하이를 나타내면, 고우선 순위의 워드 길이 표시 데이터(HP LENGTH)는 대응 VLC와 동시에 존재하고, 표준 우선 순위의 워드 길이 표시 데이터(SP LENGTH)는 영의 값을 나타낸다. 이와는 반대로, H/S 표시 신호가 논리 로우를 나타내면, 표준 우선 순위의 워드 길이 표시 데이터(LENGTH)는 대응하는 VLC와 동시에 존재하고, 고우선 순위의 워드 길이 표시 데이터(HP LENGTH)는 영의 값을 나타낸다. 데이터 팩커(145, 155)에서 출력되는 팩된 데이터는 전송 블록으로 그룹화되는데, 각각의 전송 블록은 결정된 수의 데이터 워드를 포함하고 있고, 이 데이터 워드의 앞에 있는 전송 데이터에는 복호기에서 식별을 용이하게 하기 위한 정보가 포함되어 있다. 관련 헤더를 갖는 비디오 데이터 전송 블록을 사용하는 비디오 신호 처리 시스템은 전술한 아캄포라씨 등의 미국 특허에 설명되어 있고, 본 출원에서는 제3도~제6도를 참조하여 부분적으로 설명한다.
표준 우선 순위 및 고우선 순위의 LENGTH 워드를 영으로 설정하는 기술은 32-비트 병렬 버스를 통해 전송되는 MPEG 가변 길이 부호어의 처리를 단순화하는 이점이 있다. 특히, 이 기술에 의하면, VLC 버스가 표준 우선 순위 데이터 팩커(145)와 고우선 순위 데이터 팩커(155)에 동시에 또한 연속적으로 접속될 수 있으며, 가변 길이 부호어를 팩하기 전에 2 종류의 HP 데이터와 SP 데이터로 분리하기 위해서 VLC 비트스트림을 인터럽트할 필요가 없다. 상기 시스템은 인터럽트 없이도 클록된 상태를 유지하기 때문에, 시작/정지 클록의 동기와 관련된 곤란한 문제를 피할 수 있다. 영으로 설정하는 처리에 의해, 제2도와 관련하여 설명하는 바와 같이 데이터 팩커(145, 155)와 관련된 누산기의 동작을 단순화한다. 예컨대, 표준 우선 순위 처리 또는 고우선 순위 처리와 관련된 누산기는 관련된 표준 우선 순위 또는 고우선 순위의 LENGTH 워드가 영으로 설정되면 누적된 최종 값에서 유휴 상태로 된다.(즉, 누적된 최종 값은 유휴 상태에 있는 동안 영의 값으로 계속해서 증가된다.). 이런 방식의 동작은 누산기의 동작과 관련된 클록 제어 및 동기의 문제를 해결한다.
제2도는 제1도의 데이터 팩커(145, 155)를 상세하게 나타낸다. 고우선 순위 데이터 팩커(155)는 배럴 시프터(barrel shifter)(256)와 누산기(257)를 포함하고, 표준 우선 순위 데이터 팩커(145)는 동일하게 구성된 배럴 시프터(246)와 누산기(247)를 포함하고 있다. 배럴 시프터(256, 246)는 신호 입력에 있어서, 32-비트의 병렬 가변 길이 부호어 비트스트림을 동시에 수신하고, 각각의 어드레스 입력에 있어서 누산기(257, 247)는 HP LENGTH 및 SP LENGTH 표시 데이터를 각각 수신한다.
배럴 시프터(256, 246)는 예컨대 텍사스 인스트루먼트(TI)사의 SN 74AS8838형의 표준 소자이다.
HP 데이터 팩커(155)를 고려하면, VLC가 배럴 시프터(256)의 데이터 입력에 나타나면, 관련된 HP LENGTH 워드는 누산기(257)의 이력에 나타난다. 각각의 클록에 의해, 입력 VLC 배럴 시프터(256)에 의해 통과되어 VLC의 선두 비트는 팩된 HP 데이터의 비트스트림 내의 다음에 사용 가능한 비트 위치를 점유한다. 만약, VLC가 유호부호어이면, 후속 클록이 나타날 때, 그 VLC는 팩된 데이터의 비트스트림 내에서 “보호”될 것이다. 이 후속 클록에 의해 누산기는 이전의 VLC의 길이만큼 증가한다. 배럴 시프터의 어드레스는 왼쪽으로 이동하여, 이전의 VLC를 포위한다(즉, 새로운 VLC는 팩된 데이터의 비트스트림에서 왼쪽으로 이동하고, 이전의 VLC의 최종 유효 비트에 인접한 비트의 위치가 된다). 포인터가 이동하는 양은 HP LENGTH로 표시되는 VLC의 길이에 따라 변화하고, 상기 HP LENGTH는 누산기(257)가 VLC의 길이만큼 증가하도록 한다. 누산기(257)가 증가하면, 배럴 시프터의 어드레스는 동일한 양만큼 증가하고, 그에 따라서 포인터의 위치가 결정된다. 또한, 이 후속 클록에 의해 배럴 시프터(256)는 후속 VLC를 팩된 HP 데이터의 비트스트림 내의 다음 위치로 통과시킨다.
팩된 데이터의 비트스트림 내의 VLC는 전술한 바와 같이 포인터가 이동될때 까지 “보호되지 않은”상태로 유지된다(즉, 오버라이트되기 쉽다). 무효 VLC의 상태에서는 포인터가 그대로 정지 상태로 유지되고, 즉 그 최종 위치에 유지되고 있다. 이러한 상태는 고우선 순위 및 표준 우선 순위의 VLC를 입력 비트스트림으로부터 각각의 팩된 데이터의 비트스트림으로 분할하는 과정에서 HP LENGTH 또는 SP LENGTH 표시 데이터가 영의 값을 나타낼 때 발생한다. 이러한 영의 값이 발생되면, 관련된 누산기는 유휴 상태가 되고, 그에 따라서 누산기의 출력은 증가하지 않고, 배럴 시프터의 어드레스는 변화하지 않고, 포인터는 이동하지 않는다. 그 다음에, 배럴 시프터에 인가된 VLC는 모두 무효로 간주되고, 유효 VLC가 나타날 때까지 오버라이트된다. 영의 길이는 존재하지 않는 것에 해당하기 때문에, 영의 길이를 갖는 유효 VLC는 있을 수 없다.
위의 예를 계속하여, 만약 입력 비트스트림 내의 다음 VLC가 표준 우선 순위 VLC라면, HP LENGTH 표시 데이터는 전술한 바와 같이 영으로 설정되고, 고우선 순위 VLC가 없음을 나타낸다. 누산기(257)는 증가하지 않기 때문에 그 출력 및 배럴 시프터의 어드레스는 변화하지 않는다. 표준 우선 순위 VLC는 HP 프로세서에 의해 보호되지 않는 비트스트림 위치로 전송되는데, 그 이유는 누산기(257)가 증가하지 않을 때 배럴 시프터의 어드레스는 변화하지 않고 포인터는 그대로 정지 상태에 있게 된다. 그러나, 표준 우선 순위 VLC SP는, 회로(145)에 의해 보호되고, 유효한 고우선 순위 데이터에 대해서 전술한 바와 같이 시프터(246)의 출력으로부터 팩된 SP 데이터 스트림 내에서 팩된다. 배럴 시프터(256)에 의해 수신된 데이터는 유효한 고우선 순위 VLC가 HP LENGTH에 의해 다시 표시될 때까지 보호되지 않은 상태로 남아 있다. 주어진 VLC가 너무 커서 배럴 시프터의 보호되지 않은 비트 범위에 잔류된 공간에 채우지 못하는 경우가 있을 수 있다. 이와 같은 경우, 공지된 바와 같이, 이와 같이 큰 VLC의 나머지를 처리하고 위하여 제2의 (오비플로우) 배럴 시프터의 구성을 사용할 수 있고, 이 VLC의 나머지는 유지되어 오버플로우용 배럴 시프터의 시작에서 보호된다.
본 발명을 사용하는 예시적인 HDTV 신호 처리 장치는 초당 59.94 프레임으로 시스템은 1050 개의 주사선의 2-1 인터레이스 신호를 처리한다. 공칭 유효 화상은 16 × 9의 넓은 종횡비를 각각 갖는 1440 개의 화소의 960 개의 주사선을 가진다. 이 신호는 6 MHz 의 전송 대역 내에서 주파수 다중화된 2 개의 32QAM(직각 진폭 변조된) 반송파를 사용하여 전송된다. 비디오 데이터, 오디오 데이터, 보조 데이터를 포함하는 공칭 총 비트율은 26~29 Mbps이다.
비디오 신호는 최초에 MPEG형 포맷과 유사한 포맷에 따라서 압축된다. 이어서, MPEG형 신호 부호어는 각각의 부호어 유형의 상대적 중요도에 따라서 2 개의 비트스트림으로 분할된다. 상기 2 개의 비트스트림은 에러 정정 오버헤드 비트를 인가하기 위하여 독립적으로 처리되고, 이어서 전송을 위해 결합된 각각의 반송파를 QAM 변조한다. 중요도가 상대적으로 높은 비트스트림에는 고우선 순위(HP) 채널이 할당되고, 중요도가 상대적으로 낮은 비트스트림에는 (비교적 낮은) 표준 우선 순위(SP) 채널이 할당된다. 고우선 순위 채널은 표준 우선 순위 채널의 약 2 배의 전력으로 전송된다. 고우선 순위 정보와 표준 우선 순위 정보의 비율은 약 1 대 4 이다.
제3도는 본 발명에 따른 장치를 사용하는 예시적인 HDTV 부호화 시스템을 도시하고 있다. 제3도는 단일 비디오 입력 신호를 처리하는 시스템을 나타내고 있지만, 휘도 성분과 색도 성분은 별도로 처리되고, 휘도 움직임 벡터는 압축된 색도 성분을 발생시키는데 사용한다는 점을 이해해야 한다. 압축된 휘도 성분과 색도 성분은 인터리브되어, 매크로 블록을 형성하고 나서 부호어 우선 순위의 분석이 행해진다.
제4A도에 도시한 영상 필드/프레임의 시퀀스는 필드/프레임 재정렬 회로(305)에 인가되는데, 이 필드/프레임 재정렬 회로(305)는 제4B도에 따라서 필드/프레임을 재정렬한다. 재정렬된 시퀀스는 압축기(310)에 인가되는데, 이 압축기(310)는 MPEG 형 포맷에 따라서 부호화된 프레임의 압축된 시퀀스를 발생시킨다. 이러한 포맷은 계층적으며, 제6도에 생략된 형태로 예시되어 있다.
MPEG 계층적 포맷은 복수의 층을 포함하고 있고, 각 층은 각각의 헤더 정보를 갖는다. 각각의 헤더에는 개시 부호와, 각 층과 관련된 데이터 및 헤더를 확장하는 수단을 포함하고 있다. 대부분의 헤더 정보는 참조된 MPEG 관련 문헌에 개시된 바와 같이 MPEG 시스템의 환경 내에서 동기를 목적으로 필요로 된다. 압축된 비디오 신호를 디지털 HDTV 동시 방송 시스템에 제공하기 위한 목적으로, 기술적인 헤더 정보만이 필요하다. 부호화된 비디오 신호의 각 층은 제5도에 도시되어 있다.
이 시스템에 의해 발생되는 MPEG형 신호에 대해서 설명하면, (a) 비디오 신호의 연속적인 화상 필드/프레임은 I, P, B부호화 시퀀스에 따라서 부호화되고, (b) 화상 레벨의 부호화된 데이터는 MPEG형 슬라이스 또는 블록의 그룹으로 부호화되는 것을 의미한다. 여기서, 단위 필드/프레임 당의 슬라이스의 수는 서로 상이하고, 단위 슬라이스 당의 매크로 블록의 수도 서로 상이하다. Ⅰ 부호화된 프레임은 영상을 재생하는 데에 Ⅰ 프레임의 압축된 데이터만이 필요하도록 프레임내 (intraframe) 압축된 것이다. P 부호호된 프레임은 순방향 움직임 보상된 예측 방법에 따라서 부호화된다. 즉, P 프레임의 부호화된 데이터는 현재 프레임 및 이 현재 프레임의 이전에 나타난 I 프레임 또는 P 프레임으로부터 생성된다. B 부호화된 프레임은 양방향으로 움직임 보상된 예측 방법에 따라서 부호화된다. B 부호화된 프레임 데이터는 현재 프레임 및 이 현재 프레임의 전후에 나타난 I 프레임 및 P 프레임으로부터 생성된다.
본 발명에 따른 시스템의 부호화된 출력 신호는 필드/프레임의 그룹으로 분할되거나 또는 박스열(L1)(제6도)에 나타낸 화상의 그룹(GOP)으로 분할된다. 각 GOP는 박스열(L2)에 도시된 바와 같이 G-헤더와 그 뒤에 화상 데이터의 세그먼트(P1~Pn)를 포함한다. GOP 헤더는 수평 및 수직 화상 크기, 종횡비, 필드/프레임비, 비트율 등과 관련된 데이터를 포함한다.
각각의 화상 필드/프레임에 대응하는 화상 데이터는 박스열(L3)에 도시된 바와 같이 화상 헤더(P-헤더)를 포함하고 있고, 그 뒤에 슬라이스 데이터(L4)가 연속되고 있다. 화상 헤더는 필드/프레임 번호 및 화상 부호의 유형을 포함하고 있다. 각 슬라이스 데이터(L4)는 슬라이스 헤더(S-헤더)와 그 뒤에 복수의 데이터 블록(MBi; 제6도에서는 MB1~MBr)을 포함한다. 이 슬라이스 헤더는 그룹 번호 및 양자화 변수를 포함하고 있다.
각각의 데이터 블록(MBi)은 박스열(L5)에 도시된 바와 같이 매크로 브록을 나타내며, 헤더(M-헤더)와 그 뒤에 배치되는 움직임 벡터(MV) 및 부호화된 계수(BD)를 포함한다. MBi의 헤더는 매크로 블록 어드레스, 매크로 블록 유형, 양자화 변수를 포함한다. 부호화된 계수는 층(L6)에 예시되어 있다. 각각의 매크로 블록은 6 개의 블록, 즉 4 개의 휘도 블록과, 1 개의 U 색도 블록 및 1 개의 V 색도 블록을 포함하고 있다(제5도 참조). 1개의 블록은 예컨대 8 ×8의 화수 행렬을 나타내는데, 여기에서 이산 코사인 변환(DCT)이 수행된다. 상기 4 개의 휘도 블록은 예컨대 16 ×16의 화소 행렬을 나타내는 인접한 휘도 블록으로 이루어진 2 ×2 행렬이다. 색도(U 및 V) 블록은 4개의 휘도 블록과 동일한 전체 영역을 나타낸다. 즉, 압축을 행하기 전에 색도 신호는 휘도 신호에 대해 수평 및 수직 방향으로 비율 2로 서브샘플링된다. 하나의 슬라이스 데이터는 인접한 매크로 블록의 그룹으로 나타낸 영역에 대응하는 영상의 직사각형 부분을 나타내는 데이터에 대응한다. 하나의 프레엠이는 360 개의 슬라이스, 즉 수직 방향으로 60개의 슬라이스와 수평 방향으로 6개의 슬라이스로 이루어진 래스터 주사(raster scan)를 포함하고 있다.
블록 계수는 DCT에서 한 번에 한 블록씩 공급된다. DC 계수가 먼저 발생되고, 그 다음에 각각의 DCT AC 계수가 상대적인 중요도의 순서대로 발생된다. 블록 종료 부호 EOB는 연속적으로 발생하는 각 데이터 블록의 마지막에 부가된다.
압축기(310)에 의해 공급되는 데이터의 양은 속도 제어 소자(318)에 의해 결정된다. 잘 알려져 있는 바와 같이, 압축된 비디오 데이터는 가변 비율로 발생하고, 채널을 효과적으로 사용하기 위해서는 채널의 용량에 상당하는 일정한 비율로 데이터를 전송하는 것이 바람직하다. 속도 버퍼(313, 314)는 가변 데이터의 비율을 일정한 비율로 변환한다. 또한, 버퍼의 점유 레벨에 따라서 압축기(310)에 의해 제공되는 데이터의 양을 조절하는 방법이 널리 알려져 있다. 따라서, 버퍼(313, 314)에는 각각의 점유 레벨을 표시하는 회로를 포함하고 있다. 이러한 점유 레벨의 표시는 속도 제어기(318)에 인가되어 압축기(310)에 의해 제공되는 평균 비율을 조절한다. 이러한 조절은 통상적으로 DCT 계수에 적용되는 양자화를 조정함으로써 수행된다. 양자화 레벨은 프레임 압축 방식에 따라 서로 상이하게 된다.
제6도에 도시된 바와 같이, 계층적으로 포맷화된 압축 비디오 데이터는 우선 순위 선택기(311)에 연결되는데, 상기 우선 순위 선택기(311)는 고우선 순위 채널(HP)과 표준 우선 순위 치널(SP)의 사이에서 부호화된 데이터를 분할하는 수단[예컨대, 제1도의 신호 분리 및 복호 회로(110)]을 포함한다. 고우선 순위 정보란 이 정보가 소실되거나 손실되었을 때 재생 영상에 심각한 질저하를 초래하는 정보를 말한다. 환언하면, 고우선 순위 정보는 영상이 비록 완전한 영상은 아니지만 영상을 작성하는 데에 필요한 최소한의 데이터이다. 표준 우선 순위 데이터는 나머지 정보이다. 고우선 순위 정보에는 서로 다른 계층 레벨에 있는 거의 모든 헤더 정보와, 각각의 블록 DC 계수 및 각각의 블록의 AC 계수(제6도의 레벨 6)가 포함되어 있다.
송신기에서 HP 데이터와 SP 데이터의 비율은 약 1:4이다. 전송 처리기에 있어서, 보조 데이터는 전송되는 신호에 부가된다. 이 보조 신호에는 예컨대 디지털 오디오 데이터와 문자 방송(teletext) 데이터가 포함된다. HP 채널에 포함되어 있는 보조 데이터의 평균량을 계산하여, 압축된 비디오 정보의 통계적 평균 기대값과 비교한다. 이것에 의해 고우선 순위와 표준 우선 순위의 압축된 비디오 정보의 비율이 계산된다. 우선 순위 선택기(311)는 이 비율에 따라서 압축기(310)에 의해 제공되는 데이터를 분석한다.
HP(고우선 순위)와 SP(표준 우선 순위)의 압축된 비디오 데이터는 제2도에 도시한 장치를 포함할 수도 있는 전송 처리기(312)에 연결된다. 전송 처리기(312)는, (a) HP 및 SP 데이터 스트림을 전송 블록으로 분할하고, (b) 각각의 전송 블록에 대해 패리티 검사 또는 주기적 용장성 검사를 행하여 각 전송 블록에 적절한 패리티 검사 비트를 부가하며, (c) 보조 데이터를 HP 또는 SP 비디오 데이터와 다중화한다. 패리티 검사 비트는 동기 헤더 정보의 함께 에러를 분리하기 위해서, 또한 수신된 데이터 내에 수정할 수 없는 비트 에러가 있는 경우에 에러의 수정을 위해서 수상기에 의해 사용된다. 각각의 전송 블록은 헤더를 포함하고 있고, 헤더에는 그 블록 내에 포함된 정보의 유형(예컨대, 비디오, 오디오 및 인접한 유사한 데이터의 개시점의 포인터)을 나타내는 정보를 포함하고 있다.
전송 처리기(312)로부터의 HP 및 SP 데이터 스트림은 각각의 전송 속도 버퍼(313, 314)에 인가되는데, 상기 버퍼는 전송 처리기(312)로부터의 가변 속도 압축 비디오 데이터를 거의 일정한 속도로 발생하는 데이터로 변환한다. 속도가 조정된 HP 및 SP 데이터는 순방향 에러 부호화(FEC) 소자(315, 316)에 연결된다. 순방향 에러 부호화 소자는 (a) 각각의 데이터 스트림과 독립적으로 리드 솔로몬(REEDSOLOMON) 순반향 에러 부호화를 수행하고, (b) 큰 에러 버스트(burst)의 발생이 제생 영상의 큰 인접 영역을 열화시키는 것을 방지하기 위해서 데이터의 블록을 인터리브하며, (c) 수상기에서 데이터 스트림을 동기시키기 위해 데이터의 부호(예컨대, 바커(backer) 부호)를 부가한다. 다음에, 전송 모뎀(317)에 인가되고, 여기서 HP 채널 데이터는 제1 반송파를 각각 진폭 변조하고, SP 채널 데이터는 상기 제1 반송파로부터 약 2.88 MHz 떨어진 제2 반송파를 직각 진폭 변조한다. HP 정보는 비교적 좁은 대역폭으로 전송되기 때문에, 전송 채널에 의해 열화될 가능성은 훨씬 작다. HP 반송파는 예컨대 표준 NTSC TV 신호의 잔류 측파대가 통상 점유하는 NTSC TV의 전송 채널의 주파수 스펙트럼의 부분에 위치한다. 신호 채널의 이 부분은 표준 수상기의 나이퀴스트 필터에 의해 통상적으로 상당히 감쇠되기 때문에 이 전송 포맷을 갖는 HDTV 신호는 동일 채널 간섭이 발생되지 않는다.
수상기의 복호기(도시 생략)에 있어서, 전송된 신호는 HP 및 SP 채널 신호에 대응하는 2 개의 신호를 제공하는 모뎀에 의해 검출된다. 이들 2 개의 신호는 각각의 리드 솔로몬 에러 정정 복호기에 인가된다. 에러 정정된 신호는, 고정된 채널의 가변 속도로 데이터를 수신하고 후속되는 압축 해제 회로의 요건에 따라서 가변 속도로 데이터를 출력하는 속도 버퍼에 연결된다. 가변 속도의 HP 데이터 및 SP 데이터는 부호화기에서 전송 처리기(312)에 의해 수행된 처리와 반대의 처리 동작을 행하는 전송 처리기에 인가된다. 또한, 이 전송 처리기는 각각의 전송 블록에 포함되어 있는 패리티 검사 비트에 응답하여 에러 검출을 수행한다. 전송 처리기는 분리된 보조 데이터, HP 데이터, SP 데이터 및 에러 신호를 제공한다. 후자의 3개의 신호, 즉 HP 데이터, SP 데이터 및 에러 신호는 우선 순위 재선택 처리기에 인가되고, 여기서 HP 데이터와 SP 데이터를 다시 포맷하여 계층 구조의 신호로 하고, 이 신호는 압축 해제기로 공급하며, 압축 해제기는 부호기에서 압축기의 기능과 반대의 기능을 수행한다. 제3도의 압축기(310), 우선 순위 선택기(311) 및 전송 처리기(312)에 사용되는 장치의 구성 요소는 앞에서 언급한 미국 특허 제5,168,356호에 설명되어 있다.

Claims (8)

  1. 제1 우선 순위의 가변 길이 부호어와 제2 우선 순위의 가변 길이 부호어를 포함하는 비트스트림을 처리하는 비디오 신호 처리 장치에 있어서,
    상기 제1 우선 순위의 가변 길이 부호어를 데이터 패킷으로 구성하는 처리회로로서, 데이터 입력부, 관련된 제1 우선 순위의 가변 길이 부호어의 비트 길이를 나타내는 제1 길이 표시 신호를 수신하는 제어 입력부 및 픽된 데이터 출력부를 갖는 제1 처리기(155)와;
    상기 제2 우선 순위의 가변 길이 부호어를 데이터 패킷으로 구성하는 처리회로로서, 데이터 입력부, 관련된 제2 우선 순위의 가변 길이 부호어의 비트 길이를 나타내는 제2 길이 표시 신호를 수신하는 제어 입력부 및 팩된 데이터 출력부를 갖는 제2 처리기(145)와;
    상기 제1 처리기가 상기 제1 우선 순위의 부호어의 존재에 응답하여 동작하고 있을 때에는 상기 제2 처리기가 상기 비트스트림을 수신하고, 상기 제2 처리기가 상기 제2 우선 순위의 부호어의 존재에 응답하여 동작하고 있을 때에는 상기 제1 처리기가 상기 비트스트림을 수신하도록 상기 제1 처리기의 데이터 입력부와 제2 처리기의 데이터 입력부에 상기 비트스트림을 연속적으로 결합시키는 결합 수단(114, 116)을 구비하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 길이 표시 신호는 제1 우선 순위의 가변 길이 부호어가 상기 제1 처리가로 처리하기 위해 존재할 때에는 영의 값을 나타내고,
    상기 제1 길이 표시 신호는 제2 우선 순위의 가변 길이 부호어가 상기 제2 처리기로 처리하기 위해 존재할 때에는 영의 값을 나타내는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 처리기는 상기 제1 길이 표시 신호가 영의 값을 나타낼 때에 최종 동작 상태에서 유휴 상태가 되고,
    상기 제2 처리기는 상기 제2 길이 표시 신호가 영의 값을 나타낼 때에 최종 동작 상태에서 유휴 상태가 되는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 처리 장치
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가변 길이 부호어는 MPEG 표준과 일치하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 처리기의 팩된 데이터 출력과 제2 처리기의 팩된 데이터 출력으로 부터 수신된 데이터에 의해 각각의 텔레비전 신호 기저대역 비디오 주파수에 위치하는 제1 반송파와 제2 반송파를 변조하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 처리기 및 제2 처리기의 각각은,
    가변 길이 부호어를 포함한 상기 비트스트림을 수신하는 데이터 입력부와 어드레스 입력부 및 출력부가 있는 데이터 시프터 수단과,
    입력부에서 관련 가변 길이 부호어의 비트 길이를 나타내는 길이 표시 신호를 수신하고 출력부가 상기 데이터 시프터 수단의 어드레스 입력부에 결합된 누산 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 데이터 시프터 수단은 배럴 시프터인 것을 특징으로 하는 비디오 신호 처리 장치
  8. 제1 우선 순위의 가변 길이 부호어와 제2 우선 순위의 가변 길이 부호어를 포함하는 비트스트림을 처리하는 비디오 신호 처리 장치에 있어서,
    상기 제1 우선 순위의 가변 길이 부호어를 데이터 패킷으로 구성하는 처리 회로로서, 상기 비트스트림을 수신하는 데이터 입력부, 관련된 제1 우선 순위의 가변 길이 부호어의 비트 길이를 나타내는 제1 길이 표시 신호를 수산하는 제어 입력부 및 팩된 데이터 출력부를 갖는 제1처리기(155)와;
    상기 제2 우선 순위의 가변 길이 부호어를 데이터 패킷으로 구성하는 처리회로로서, 상기 비트스트림을 수신하는 데이터 입력부, 관련된 제2 우선 순위의 가변 길이 부호어의 비트 길이를 나타내는 제2 길이 표시 신호를 수신하는 제어 입력부 및 팩된 데이터 출력부를 갖는 제2 처리기(145)를 구비하며,
    상기 제2 처리기가 상기 제2 우선 순위의 부호어의 존재에 응답하여 동작하고 있을 때는 상기 제1 길이 표시 신호(114)가 영의 값을 나타내어, 상기 제1 처리기가 유휴 동작 상태를 표시하도록 하고,
    상기 제1 처리기가 상기 제1 우선 순위의 부호어의 존재에 응답하여 동작하고 있을 때는 상기 제2 길이 표시 신호(116)가 영의 값을 나타내어, 상기 제2 처리기가 유휴 동작 상태를 표시하도록 하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 처리 장치.
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