KR100301846B1 - method for recovering moving picture in MPEG-2 compression/recovery system - Google Patents
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Abstract
손실된 매크로 블록의 위, 아래로 화소값을 확장하여 정상적으로 복원된 이전 매크로 블록으로부터 가장 유사한 부분을 검색하도록 하기 위한 엠펙-2 압축/복원시스템에서의 동영상 복원방법을 제공하기 위한 것으로서, 슬라이스 단위로 에러가 발생할 경우 손실된 매크로 블록의 위, 아래 매크로 블록을 다수개의 서브 블록으로 정의한 후 에러를 복원하는 엠펙-2 압축/복원시스템에서의 동영상 복원방법에 있어서, 상기 손실된 매크로 블록의 위, 아래 정상적으로 복원된 매크로 블록으로 소정 영역을 확장하는 단계와, 상기 손실된 매크로 블록의 위, 아래 정상적으로 복원된 매크로 블록의 움직임 벡터를 평균하여 상기 손실된 매크로 블록의 초기 움직임 벡터 예측값으로 설정하는 단계와, 상기 설정된 초기 움직임 벡터 예측값을 중심으로 이전 매크로 블록의 탐색 영역을 설정한 후 상기 확장된 매크로 블록을 이용하여 가장 유사한 부분을 검출하여 상기 손실된 매크로 블록을 복원하는 단계를 포함하여 이루어지며, 손실된 매크로 블록의 위, 아래로 화소값을 확장하여 정상적으로 복원된 이전 매크로 블록으로부터 가장 유사한 부분을 검색하도록 함으로써 수행 시간을 빠르게 할 수 있는 효과가 있다.It is to provide a video restoration method in MPEG-2 compression / restore system for retrieving the most similar part from the previous macro block which is normally restored by expanding pixel values up and down of the lost macro block. A method for restoring a video in an MPEG-2 compression / restore system in which an error is generated and a macro block is defined as a plurality of sub-blocks, and then the error is restored. Extending a predetermined region with a normally restored macroblock, averaging the motion vectors of the normally restored macroblocks above and below the lost macroblock, and setting the initial motion vector prediction values of the lost macroblocks; Previous macro based on the set initial motion vector prediction value Restoring the lost macroblock by detecting the most similar portion using the extended macroblock after setting a search region of the block, and extending pixel values up and down of the lost macroblock; By retrieving the most similar part from the previous macro block normally restored, the execution time can be increased.
Description
본 발명은 엠펙-2 압축/복원시스템에 관한 것으로, 특히 엠펙-2 압축/복원시스템에서의 동영상 복원방법에 관한 것이다.The present invention relates to an MPEG-2 compression / restoration system, and more particularly, to a method for restoring video in an MPEG-2 compression / restoration system.
엠펙-2(MPEG-2) 등의 디지털 영상 압축 방식으로 부호화된 비디오 비트열은 허프만(Huffman) 부호화와 런렝스(Run-length) 부호화에 의한 가변 길이 부호화 방법을 사용한다.A video bit stream encoded by a digital image compression scheme such as MPEG-2 uses a variable length encoding method using Huffman coding and run-length coding.
따라서 압축된 비디오 비트열은 에러에 더욱 민간하여 에러가 발생한 블록의화질 열화는 물론이고 발생된 에러가 시, 공간적으로 전파되는 특성을 가진다.Therefore, the compressed video bit string is more sensitive to errors, and has a characteristic of not only deteriorating image quality of the block in which the error occurs, but also propagating the error in time and space.
채널에서 발생되는 에러에 근본적으로 대응하기 위한 방법으로 채널 부호화시 비트열의 계층적 분류에 의한 불균등 에러 보상 방법이 연구되었다.As a method for fundamentally coping with errors generated in a channel, an uneven error compensation method based on hierarchical classification of bit strings during channel coding has been studied.
이 방법은 송신단의 말단, 그리고 수신단의 앞단에 보상 알고리즘을 삽입하여 비교적 단순히 에러에 의한 화질 열화를 줄일 수 있는 장점을 가진다.This method has an advantage of reducing image quality degradation due to errors relatively simply by inserting a compensation algorithm at the end of the transmitter and the front of the receiver.
그러나 에러 정정 능력을 벗어난 에러에 대한 화질 열화 및 에러의 전파를 피할 수 없다.However, deterioration of image quality and propagation of an error cannot be avoided.
따라서 부호화시 인트라 블록의 강제 삽입 내지는 복호화시 이전 영상으로의 대치 등의 처리를 병행해야 한다.Therefore, processing such as forced insertion of an intra block during encoding or replacement with a previous image during decoding must be performed in parallel.
수신단에서 에러를 보상하는 방법으로 공간적 영역에서 화질을 보상하는 방법이 있다.As a method of compensating for an error at a receiving end, there is a method of compensating image quality in a spatial domain.
이 방법중 대표적인 적으로 프로젝션에 기반한 에러 보상 방법을 들 수 있다.One of these methods is projection based error compensation.
이것은 손상된 매크로블록이 영상 크기에 비해서 충분히 작을 경우 우수한 화질 보상 성능을 보장할 수 있으나 수신단에서의 많은 계산량을 요구한다는 단점이 있다.This can guarantee a good image quality compensation performance when the damaged macroblock is small enough for the image size, but requires a large amount of computation at the receiver.
다음으로 손실된 영상 블록을 시간적 영역에서 손실된 매크로 블록의 주변 매크로 블록의 움직임 벡터들을 이용하여 평균값을 취함으로써 움직임 벡터를 추정하여 손실된 매크로 블록을 복원하는 방법이 있다.Next, there is a method of reconstructing a lost macroblock by estimating a motion vector by taking an average value of the lost image block using motion vectors of neighboring macroblocks of the lost macroblock in the temporal domain.
이 방법은 복잡성이 적고 빠르게 보상해 낼 수 있다는 장점이 있으나 보상에대한 신뢰도가 떨어진다.This method has the advantage of low complexity and quick compensation, but the reliability of compensation is low.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 손실된 매크로 블록의 위, 아래로 화소값을 확장하여 정상적으로 복원된 이전 매크로 블록으로부터 가장 유사한 부분을 검색하도록 하기 위한 엠펙-2 압축/복원시스템에서의 동영상 복원방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and the MPEG-2 compression / to expand the pixel value up and down the lost macro block so as to search for the most similar part from the normally restored previous macro block. The purpose of the present invention is to provide a method for restoring moving images in a restoration system.
도 1 은 화면내 오류 전파를 나타낸 도면1 is a diagram illustrating error propagation on a screen;
도 2 는 본 발명이 적용되는 엠펙-2 압축/복원시스템의 일예를 나타낸 도면2 is a diagram showing an example of an MPEG-2 compression / restore system to which the present invention is applied.
도 3a 및 도 3b 는 본 발명에 따른 엠펙-2 압축/복원시스템에서의 동영상 복원방법에 의한 손실된 매크로 블록의 확장 영역을 나타낸 도면3A and 3B are diagrams illustrating an extended area of a lost macroblock by a video restoring method in an MPEG-2 compression / restoration system according to the present invention.
도 4a 및 도 4b 는 본 발명에 따른 엠펙-2 압축/복원시스템에서의 동영상 복원방법에 의한 초기값을 이용한 확장 영역에서의 움직임 추정 과정을 나타낸 도면4A and 4B are diagrams illustrating a motion estimation process in an extended region using initial values by a video reconstruction method in an MPEG-2 compression / restoration system according to the present invention.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 엠펙-2 압축/복원시스템에서의 동영상 복원방법의 특징은, 슬라이스 단위로 에러가 발생할 경우 손실된 매크로 블록의 위, 아래 매크로 블록을 다수개의 서브 블록으로 정의한 후 에러를 복원하는 엠펙-2 압축/복원시스템에서의 동영상 복원방법에 있어서, 상기 손실된 매크로 블록의 위, 아래 정상적으로 복원된 매크로 블록으로 소정 영역을 확장하는 단계와, 상기 손실된 매크로 블록의 위, 아래 정상적으로 복원된 매크로 블록의 움직임 벡터를 평균하여 상기 손실된 매크로 블록의 초기 움직임 벡터 예측값으로 설정하는 단계와, 상기 설정된 초기 움직임 벡터 예측값을 중심으로 이전 매크로 블록의 탐색 영역을 설정한 후 상기 확장된 매크로 블록을 이용하여 가장 유사한 부분을 검출하여 상기 손실된 매크로 블록을 복원하는 단계를 포함하여 구성되는데 있다.A feature of the video restoration method in the MPEG-2 compression / restoration system according to the present invention for achieving the above object is that, if an error occurs in the slice unit, the macro block above and below the macro block is lost to a plurality of sub-blocks A method for restoring a video in an MPEG-2 compression / restoration system for restoring an error after defining the error, the method comprising: extending a predetermined region with a macroblock normally restored above and below the lost macroblock; Setting the initial motion vector prediction value of the lost macroblock by averaging the motion vectors of the normally-restored macroblock above and below, and setting a search region of the previous macroblock based on the set initial motion vector prediction value. The hand is detected by detecting the most similar portion using the expanded macro block. There is composed by comprising the step of restoring the macroblock.
상기 소정 확장 영역은 화소 단위로 확장되는데 다른 특징이 있다.The predetermined extension area is extended in units of pixels, but has another feature.
본 발명은 손실된 매크로 블록의 위, 아래로 화소값을 확장한 후 상기 위,아래 매크로 블록의 움직임 벡터를 평균하여 상기 손실된 매크로 블록의 초기 움직임 벡터 예측값을 설정한 후 상기 설정된 초기 움직임 벡터 예측값의 중심으로 이전 매크로 블록의 탐색 영역을 설정한 후 상기 확장된 매크로 블록을 이용하여 이전 매크로 블록을 탐색하여 가장 유사한 부분을 검출하여 상기 손실된 매크로 블록을 복원하도록 함으로써 수행 시간을 빠르게 할 수 있다.The present invention sets the initial motion vector prediction value of the lost macroblock by averaging the motion vectors of the up and down macroblocks after extending pixel values up and down of the lost macroblock, and then setting the initial motion vector prediction value. After setting the search area of the previous macro block to the center of, by searching the previous macro block by using the extended macro block to detect the most similar portion to restore the lost macro block can be faster execution time.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.Other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings.
이하, 본 발명에 따른 엠펙-2 압축/복원시스템에서의 동영상 복원방법의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a preferred embodiment of a video restoring method in an MPEG-2 compression / restoration system according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1 은 화면내 오류 전파를 나타낸 도면이다.1 is a diagram illustrating error propagation in a screen.
도 2 는 본 발명이 적용되는 엠펙-2 압축/복원시스템의 일예를 나타낸 도면으로, 회로 전체의 동작을 총괄적으로 제어하는 제어부(1)와, 상기 제어부(1)의 제어신호에 따라 비트 스트림(bit stream)을 복호화하는 트랜스포트 스트림 복호부(2)와, 상기 트랜스포트 스트림 복호부(2)에서 복호화된 트랜스포트 스트림을 가변 길이로 디코드한 후 에러 발생시 에러 플래그를 붙여 출력하는 가변 길이 디코더(3)와, 상기 가변 길이 디코더(3)에서 디코드된 신호를 비디오 신호로 디코드하여 메모리(5)에 저장한 후 디스플레이스부(7)를 통해 디스플레이하는 비디오 디코더(4)와, 상기 가변 길이 디코더(3)의 에러 플래그에 따라 에러를 은폐보상하는 에러 은폐부(6)로 구성된다.2 is a diagram illustrating an example of an MPEG-2 compression / restoration system to which the present invention is applied, and includes a control unit 1 which collectively controls the operation of the entire circuit, and a bit stream according to a control signal of the control unit 1. a transport stream decoder 2 for decoding a bit stream, and a variable length decoder for decoding the transport stream decoded by the transport stream decoder 2 to a variable length and attaching an error flag when an error occurs. 3) a video decoder 4 which decodes the signal decoded by the variable length decoder 3 into a video signal, stores it in the memory 5 and then displays it through the display unit 7, and the variable length decoder ( It consists of an error concealment part 6 which conceals and compensates for an error according to the error flag of 3).
도 3a 및 도 3b 는 본 발명에 따른 엠펙-2 압축/복원시스템에서의 동영상 복원방법에 의한 손실된 매크로 블록의 확장 영역을 나타낸 도면이고, 도 4a 및 도 4b 는 본 발명에 따른 엠펙-2 압축/복원시스템에서의 동영상 복원방법에 의한 초기값을 이용한 확장 영역에서의 움직임 추정 과정을 나타낸 도면이다.3A and 3B are diagrams showing an extended area of a lost macro block by a video restoring method in an MPEG-2 compression / restoration system according to the present invention, and FIGS. 4A and 4B are MPEG-2 compression according to the present invention. A diagram illustrating a motion estimation process in an extended region using initial values by a video reconstruction method in a video / restore system.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 엠펙-2 압축/복원시스템에서의 동영상 복원방법에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.The method for restoring a video in the MPEG-2 compression / restore system according to the present invention configured as described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
대부분의 동영상 표준화 규격에서는 영상을 매크로 블록(macro block)이라 불리는 16*16의 크기의 블록들로 나누어 처리하고 있으며, 여러 개의 매크로 블록은 슬라이스 단위로 묶이게 된다.Most video standardization standards process video into 16 * 16 blocks called macro blocks, and several macro blocks are grouped into slices.
그러므로 슬라이스 단위에서 오류가 발생하면 여러 개의 매크로 블록들이 연속적으로 손실된다.Therefore, if an error occurs in the slice unit, several macro blocks are lost in succession.
이러한 손실된 블록의 에러를 복원하기 위해 도 2 에 도시된 바와 같이, 제어부(1)의 제어신호에 따라 비트스트림(Bitstream)은 수신기에서 순방향 오류 정정 부호기(forward error correction code)인 리드-솔로몬(Reed-Solomon) 등의 채널 복호기를 거친 후 에러가 발생하면 트랜스포트 스트림 디코더(2)는 상기 트랜스포트 스트림에 transport_error_indicator신호를 1로 세팅하여 출력한다.In order to recover the error of the lost block, as shown in FIG. If an error occurs after passing through a channel decoder such as Reed-Solomon), the transport stream decoder 2 sets and outputs a transport_error_indicator signal to 1 in the transport stream.
그러면 비디오 디코더(4)는 상기 트랜스포트 스트림 디코더(2)의 신호에 따라 sequence_error_start_code를 붙여서 비디오 스트림을 출력한다.The video decoder 4 then outputs the video stream by appending sequence_error_start_code in accordance with the signal of the transport stream decoder 2.
이에 따라 가변 길이 디코더(3)는 상기 비디오 디코더(4)의 sequence_error_start_code에 따라 트랜스포트 스트림 디코더(2)의 신호를 가변 길이로 디코드하여 에러가 발생하지 않았다면 상기 가변 길이로 디코드된 신호를 출력하고, 에러가 발생하면 가변 길이로 디코드된 신호에 에러 플러그(EF)를 붙여 출력한다.Accordingly, the variable length decoder 3 decodes the signal of the transport stream decoder 2 to a variable length according to the sequence_error_start_code of the video decoder 4 and outputs a signal decoded to the variable length if no error occurs. If an error occurs, an error plug (EF) is attached to the decoded signal of variable length and output.
즉, 가변 길이 디코더(3)는 상기 트랜스포트 스트림 복호기(2)의 신호를 가변 길이로 디코드하여 비디오 스트림내 syntax 에러나 semantic 에러가 발생하면 에러 플래그(Error_Flag)신호를 출력한다.That is, the variable length decoder 3 decodes the signal of the transport stream decoder 2 to a variable length and outputs an error flag (Error_Flag) signal when a syntax error or semantic error occurs in the video stream.
그러면 비디오 디코더(4)는 상기 가변 길이 디코더(3)에서 에러가 발생되지 않은 비디오 화면 및 움직임 벡터를 디코드하여 메모리(5)에 저장하고, 에러가 발생된 비디오 스트림의 주소를 에러 데이터(ED)로 출력한다.Then, the video decoder 4 decodes the video screen and the motion vector in which the error does not occur in the variable length decoder 3 and stores it in the memory 5, and stores the address of the video stream in which the error occurs in the error data ED. Will output
이에 따라 에러 은폐 유니트(6)는 상기 가변 길이 디코더(3)의 에러 플래그(EF)와 비디오 디코더(4)의 에러 데이터(ED)에 따라 상기 메모리(5)로부터 현재 프레임내에서 손실된 블록의 위치에 인접하는 정상적으로 복원된 주위 블록들의 움직임 정보와 화소 정보를 인출하여 동영상 복원을 수행한다.Accordingly, the error concealment unit 6 determines the size of the block lost in the current frame from the memory 5 according to the error flag EF of the variable length decoder 3 and the error data ED of the video decoder 4. Motion picture reconstruction is performed by extracting motion information and pixel information of normally reconstructed neighboring blocks adjacent to a position.
이렇게 동영상 복원된 비디오 스트림은 상기 비디오 디코더(4)를 통해 디코드되어 디스플레이부(7)에 디스플레이된다.The video stream reconstructed in this way is decoded through the video decoder 4 and displayed on the display unit 7.
상기 동영상 복원방법을 도 3a 및 도 3b 내지 도 4a 및 도 4b 를 참조하여 설명하면 다음과 같다.The video restoration method will be described below with reference to FIGS. 3A and 3B to 4A and 4B.
먼저, 도 1 에 도시된 바와 같이, 화면내 오류의 전파에 따른 손실 슬라이스의 손실된 매크로 블록을 도 3a 및 3b 에 도시된 바와 같이, 위, 아래의 정상적으로 복원된 매크로 블록으로 소정 폭의 확장 영역을 정의한다.First, as shown in FIG. 1, an extended macro block of a lost slice of a lost slice due to propagation of an intra-screen error is shown as shown in FIGS. 3A and 3B. Define.
상기 확장 영역은 화소 단위의 소정 폭으로 정의된다.The extended area is defined as a predetermined width in pixels.
여기서 도 3b 에 도시된 바와 같이, Vp,q는 손실된 매크로 블록의 움직임 벡터이다.Here, as shown in FIG. 3B, Vp, q is the motion vector of the lost macro block.
이어 상기 손실된 매크로 블록의 위, 아래 매크로 블록의 움직임 벡터를 평균하여 손실된 매크로 블록의 초기 움직임 벡터의 예측값(MV_X, MV_Y)을 설정한다.Next, the prediction values MV_X and MV_Y of the initial motion vector of the lost macroblock are set by averaging the motion vectors of the above and below macroblocks.
이후 도 4a 및 도 4b 에 도시된 바와 같이 상기 설정된 손실된 매크로 블록의 초기 움직임 벡터 예측값(MV_X, MV_Y)을 중심으로 이전 매크로 블록의 탐색 영역을 설정한 후 확장된 매크로 블록을 이용하여 가장 유사한 부분을 검출하여 상기 손실된 매크로 블록을 복원한다.Thereafter, as shown in FIGS. 4A and 4B, the search region of the previous macro block is set based on the initial motion vector prediction values MV_X and MV_Y of the set lost macroblock, and then the most similar portion is obtained using the extended macroblock. Is detected to recover the lost macro block.
그리고 상기 손실된 슬라이스의 모든 손실된 블록에 따른 동영상이 복원될 때까지 상기의 과정을 반복하여 수행한다.The above process is repeated until the video corresponding to all lost blocks of the lost slice is restored.
또한, 도 3a 및 도 3b 에 도시된 바와 같이 상기 확장 영역으로 이전 프레임의 처음 매크로 블록부터 탐색 영역을 설정하여 가장 유사한 부분을 검출하여 상기 손실된 매크로 블록을 복원하고 상기 손실된 슬라이스의 모든 손실된 블록에 따른 동영상이 복원될 때까지 상기의 과정을 반복하여 수행할 수도 있다.In addition, as shown in FIGS. 3A and 3B, the extended area is set to the search area from the first macro block of the previous frame to detect the most similar part to restore the lost macro block, and to recover all lost parts of the lost slice. The above process may be repeated until the video corresponding to the block is restored.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 엠펙-2 압축/복원시스템에서의 동영상 복원방법은 손실된 매크로 블록의 위, 아래로 화소값을 확장하여 정상적으로 복원된 이전 매크로 블록으로부터 가장 유사한 부분을 검색하도록 함으로써 수행 시간을 빠르게 할 수 있는 효과가 있다.As described above, the moving picture restoration method in the MPEG-2 compression / restoration system according to the present invention extends the pixel values up and down the lost macro block so as to search for the most similar part from the previously restored previous macro block. This has the effect of speeding up execution time.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the embodiments, but should be defined by the claims.
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