KR100317104B1 - 부호변환기 - Google Patents

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KR100317104B1
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내쉬 로저 윌리엄
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Abstract

본 발명은 제 1 부호체계에 따라 부호화된 수신 데이타 스트림을 제 2 부호체계에 따라 부호화된 데이타 스트림으로 변환하고, 상기 제 1 및 제 2 부호체계중 어느 것도 각각의 부호화된 데이타 스트림에 있을 수 있는 제 1 및 제 2 최대 지터량을 나타내는 것을 특징으로 하는 부호변환기(400)에 관한 것이다. 상기 부호변환기는 디코더 부분(204)과 인코더 부분(206)을 포함하며, 인코더 부분(206)에 의해 수신된 상기 데이타 스트림이 비영 지터량을 가지고, 인코더 부분이 상기 제 2 최대 지터량보다 적거나 같은 지터량을 가지는 부호화된 데이타 스트림을 발생하도록 동작한다. 상기 부호변환기를 원래의 영상 신호에 대하여 어느 정도의 지터량을 가지고 있는 인코더 부분(206)에 해독된 영상 데이타 스트림을 발생하도록 동작시키므로써, 감소된 버퍼 지연을 제공하는 버퍼와 종래 얻을 수 있었던 것 보다 작은 버퍼 지연을 가진 부호변환기에 대한 요구는 최소화될 수 있다.

Description

부호 변환기
본 발명은 부호변환기에 관한 것으로서 전적인 것은 아니지만 특히 제 1 및 제 2 부호 체계사이의 실시간 변환을 위한 영상 부호변환기에 관한 것이다.
전송 링크를 경유하여 원격지로 동화상 텔레비젼 또는 다른 실시간 발생 데이타, 예를 들면 음성 등을 전송할 필요가 있는 경우가 많이 있다. 방송용 텔레비젼은 약 6MHz의 아날로그 대역폭, 또는 디지탈 형태로 전송될 때 100Mbps이상의 전송율이 필요하게 되므로 비용이 많이 들고 넓은 대역폭의 링크를 필요로 한다. 신호를 전송하기 위해 요구되는 전송 속도를 낮추기 위해 여러가지 압축 기술이 이용된다. 예를 들면, 상관 기술은 이전에 부호화된 영상 프레임을 참조하여 특정 프레임을 부호화하기 위해 필요한 정보량을 감소시킨다. 또한, 전송되는 정보량을 감소시키기 위해 화질을 허용가능한 정도로 열화시키는 것, 예를 들면 프레임 해상도를 낮춤으로써 영상 압축을 얻을 수 있다. 따라서, 화상 회의에 응용되는 경우 수백 kbps 전송율까지의 비트 속도의 압축이 사용되는 반면에, 음성을 포함한 화상전화의 화상은 하나의 전화회선에 상당하는 단지 64 kbps의 전송율로 압축되어 허용가능한 품질을 달성할 수 있다.
전술한 바와 같이, 압축기술은 영상 이외의 기술분야, 예를 들면, 음성 전송 분야에서 이용되어 전송 링크의 소정의 허용 가능한 대역폭을 저하시킴으로써 높은 품질의 전송을 할 수 있다.
영상 부호화의 경우, 특별한 예를 취하기 위해, 신호(통상 비디오 카메라에 의해 제공됨)는 인코더에 제공되고, 이러한 인코더는, 부호화되는 영상 신호의 공간적 그리고 시간적인 중복성을 사용하여 고정밀도의 압축을 제공하는 몇몇 알고리즘, 예를들어, CCITT 권고 H. 261에 따라 부호화된 데이타 스트림을 출력에 제공한다. 부호화된 데이타 스트림은 부호화된 데이타 스트림을 압축으로부터 복원하는 적절한 디코더에 의해 일련의 영상신호로 재구성될 수 있다.
사용되는 영상 부호화 기술은 특정의 응용에 적합하도록 선택될 것이다. 보다 높은 품질의 방송이 요구되거나 보다 넓은 대역폭의 전송 링크가 이용 가능하다면, 보다 높은 비트 속도를 이용하는 다른 부호화 알고리즘이 이용될 수 있다.
고도로 압축된 영상 데이타 스트림을 생성하는 대부분의 인코더의 특성은 영상 인코딩 처리에 의한 비트 생성 속도가 일정하지 않고, 부호화되는 현재 프레임과 이전의 프레임과의 상관도, 또는 부호화되는 프레임의 영역내의 세부 항목의 양, 또는 두 사항 전부에 의존할 것이다.
프레임 당 평균비트수가 몇몇 정해진 평균 수준으로 유지되도록 일련의 영상 프레임을 부호화함으로써 부호화된 데이타 스트림의 비트 속도를 일정하게 하는 것이 가능하다. 이러한 데이타 스트림 내에서는 적은 수의 비트가 영상 프레임의 일부를 부호화하기 위해 사용되고, 보다 많은 비트가, 부호화되어야 하는 보다 많은 정보를 가지는 프레임을 부호화하기 위해 사용된다. 즉, 일정속도의 전송경로에 있어서 부호화된 데이타 스트림에 의해 결정되는 프레임 속도는, 영상 프레임이 수신되는 속도와 동일한 장기간의 평균속도를 갖지만, 단시간 동안 조사된다면 부호화된 데이타 스트림에서 프레임이 전송되는 속도는 크게 변화될 가능성이 있다. 부호화된 데이타 스트림내의 프레임과 관련한 데이타 생성의 변화는 지터(Jitter)라고 알려져 있는 것이다.
6개의 화상 프레임 시리즈에 대한 부호화된 데이타 스트림의 평균 프레임율은 원래의 영상신호의 화상 프레임율과 동일하지만 각 화상과 관련하여 지터의 양이 변화하는 것으로 가정한 것이 제 1 도에 도시되어 있다. 따라서, 부호화된 데이타 스트림의 화상 프레임 1, 2 및 6은 원래의 영상신호와 동일한 속도로 발생되기 때문에 화상 1, 2 및 6은 지터가 0이 된다. 반면에, 화상 3 내지 5와 관련하여 부호화된 데이타는 그 화상들이 예상 시간에 발생되지 않기 때문에 지터 변화량 j(위상 지연)를 가진다.
디코더는 데이타 스트림에서 순간 지터를 계산할 수 있다. 디코더는 화상의 어떤 부분이 현재 재구성되고 있는지를 결정할 수 있고, 따라서 출력 영상에서 지터가 없는 적절한 시간을 결정할 수 있다. 수신하는 비트를 계수함으로써 디코더는 지터(위상지연)의 양을 계산할 수 있다. 비슷하게 인코더는 그 출력에서 나타나는 지터를 결정할 수 있다.
이러한 인코더가 고정 전송량을 가지는 전송 링크에서 이용될 때, 부호화된 데이타 스트림에서 일정한 데이타 속도의 전송이 가능하도록 하기 위해 부호화된 데이타 스트림 속도의 단기간의 변동에 대처할 수 있는, 유연하고 조절기능을 수행하는 버퍼(buffer)의 사용이 필요하다. 이때 인코더는 버퍼가 언더플로우(underflow) 또는 오버플로우(overflow)를 일으키지 않는 것을 보장하도록 동작한다.
인코더의 동작에 관한 설명은 부호화 기능을 수행할 때 이용되는 최대 버퍼 지연을 전체적으로 특정한다. 인코더가 이러한 범위내에서 동작하도록 제한되어 있기 때문에, 디코더가 " 지터 상태" 로 수신된 부호화된 데이타 스트림을 영상신호로 디코드할 때, 동일한 지연을 가지는 버퍼는 언더플로우 또는 오버플로우를 일으키지 않는다는 사실에 입각하여 적절한 디코더에 사용될 수 있다.
인코더 및 디코더내의 이러한 버퍼는 데이타가 각 버퍼를 통과하는데 걸리는 전체 시간과 동일한 시간 지연을 도입하게 된다. 또한, 부호화 및 복호화를 수행하는데 필요한 처리과정에 의해 도입된, 버퍼 지연 보다도 짧은 지연, 및 처리지연과 함께 소정의 시스템에 대해 고정된 지연의 오버헤드를 형성하는 전송 경로 길이에 의한 고정지연도 있다.
시스템의 버퍼에 의해 도입된 지연은, 대화가 효과적으로 수행된다면 대화형 응용(통상 약 150ms 이하의 값)에서 제한되어야 한다. 그러나, 상기 버퍼는 전체 화상영역에 걸쳐 몇 초 동안의 큰 동작에 이어지는 몇 초 동안의 작은 동작에는 대처할 수 없다. 이러한 상황에 대처하기 위해 고정된 속도의 인코더의 부호화 체계가 동적으로 조정되어, 중간 기간의 데이타 생성 속도는 버퍼의 평활화 능력 내에 있게 되고, 장기간의 평균 속도는 필요한 전송 채널 데이타 속도와 정확히 일치한다.
일반적으로, 버퍼로부터의 귀환은 예를들어, 부호화 표준 CCITT 권고 H. 261에서의 양자화 처리의 스텝 크기를 제어하여 데이타 속도의 필요한 동적 변화를 수행한다.
제 1 부호 체계에 따라 부호화된, 수신된 데이타 스트림을 받아들이고, 제 2 부호 체계에 따라 부호화된 데이타 스트림을 출력할 수 있는 부호변환기를 이용하는 것이 바람직한 환경이 있다. 부호변환기가 제 2 부호 체계에 따라 동작하는 디코더를 가진다면, 이러한 부호변환기는 제 1 부호 체계에 따라 부호화된 전송을 받아들이는 것이 가능할 것이다.
이러한 부호변환기를 구성하는 종래의 접근방법이 제 2 도에 도시되어 있다. 버퍼(208) 및 프레임간 디코더 부분(204)을 구비하고 제 1 부호 체계에 따라 동작하는 디코더는 전송 라인(202)상에서 수신된 압축 영상 신호를 압축이 풀린 영상 신호로 복원한다. 버퍼(208)가 사용되고, 그 결과 디코더 부분(204)이 전술한 바와 같이 신호원의 영상신호와 동일한 규칙적인 속도로 복원된 영상 신호의 출력을 제공하게 된다. 버퍼(208)의 크기는 원래의 인코더(도시되지 않음) 크기와 동일하기 때문에 버퍼는 압축된 영상 신호에서 최대의 지터를 허용할 수 있다. 고도의 압축을 실시하는 영상 부호화 체계는, 부호화된 데이타 그 자체에 관한 유용한 변환처리의 기회가 거의, 통상은 전혀 없기 때문에 완전한 디코드를 실시하는 것이 필요하다.
압축이 풀린 영상 신호는 인코더 부분(206) 및 버퍼(210)를 구비하는 인코더에 의해 제 2 부호 체계에 따라 부호화되어 압축된 새로운 데이타 스트림으로 출력된다. 버퍼(210)는 인코더 부분(206)과 관련하여 일정한 데이타 속도를 가진 압축된 영상 데이타 스트림을 라인(212)상의 출력으로 제공하기에 충분한 지연을 가진다. 버퍼(210)는 목표 디코더(도시되지 않음)에서의 버퍼와 동일한 크기이고, 따라서 목표 디코더는 부호변환기로부터 수신된 입력 신호를 디코드할 수 있다. 따라서, 종래기술에서 부호변환기를 제공하기 위해 허용된 방법은 완전한 디코드 동작을 실행하여 원래의 규칙적인 영상 신호를 재구성하고, 이러한 영상 신호에 대해 통상의 인코딩을 실행하여 제 2 부호 체계에 따라 부호화된 새로운 데이타 스트림을 제공하는 것이다.
이러한 종래 부호변환기에서의 문제점은 버퍼(208, 210)가 시스템에 추가의 지연, 즉 원래의 인코더 지연, 부호변환기 지연[즉, 버퍼(208 ,210)] 및 (전술한 처리지연과 전송 지연을 합한) 목표 디코더 지연의 합이 되는 종단간(end-to-end) 지연을 도입하게 되는 것이다. 따라서, 상기 종단간 지연은 원래의 인코더 및 목표 디코더의 지연의 2배이다.
본 발명에 따른 부호변환기는, 부호화된 데이타 스트림에 존재할 수 있는 지터의 제 1 최대량을 특정하는 제 1 부호 체계에 따라 부호화된 수신 데이타 스트림을 디코딩하는 디코더; 및 부호화된 데이타 스트림에 존재할 수 있는 지터의 제 2 최대량을 특정하는 제 2 부호 체계에 따라 상기 디코더로부터의 데이타 스트림을 인코딩하는 인코더를 포함하고, 상기 부호변환기가 상기 인코더에 의해 수신된 데이타 스트림이 0이 아닌 지터량을 가지도록 구성되고, 상기 인코더가 지터의 제 2 최대량보다 작거나 동일한 지터량을 가지는 부호화된 데이타 스트림을 생성하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 태양에서, 부호화된 신호가 불규칙적인 프레임율의 영상 정보를 포함하는 제 1 부호 체계에 따라 부호화된 영상 신호를, 부호화된 신호가 불규칙적인 프레임율의 영상 정보를 포함하는 제 2 부호 체계에 따라 부호화된 신호로 변환하기 위한 부호변환기는, 제 1 부호 체계에 따라 동작할 수 있는 디코더와 제 2 부호 체계에 따라 동작할 수 있는 인코더를 포함하고, 상기 부호변환기는 불규칙적인 프레임율로 상기 디코더로부터 상기 인코더로 영상 데이타를 전송하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 부호변환기의 지연은, 일정한 프레임율로 전송되는 데이타인 경우에 발생하는 지연보다 작다.
종래기술에서 취한 방법과는 대조적으로 본 발명은 인코더에 도달했을 때 어느 정도의 지터가 있는 디코드된 영상 데이타 스트림을 디코더가 제공하도록, 부호 변환기를 동작하는 것이 가능하다는 사실에 기초를 두고 있다. 따라서, 버퍼링에 대한 요구와 원래의 인코더의 요구를 일치시키는 것은 불필요하다. 이것은 지터가 양립가능한 것을 보장하기 위해서, 부호변환기에 버퍼링을 제공할 필요가 매우 적거나 또는 전혀 없는 것을 의미한다. 본 발명의 부호변환기는 버퍼를 구비할 필요성이 적어지기 때문에 종래기술의 부호변환기와 비교하여 버퍼 지연의 필요성이 감소된다.
즉, 본 발명에 따른 부호변환기는 디코드된 신호로부터 모든 지터를 제거할 수 있는 버퍼를 구비할 필요가 없을 뿐만 아니라, 제 2 부호 체계에 의해 허용되는 부호화된 데이타 스트림에 지터의 최대량을 도입하기 위해 충분히 지연되는 인코더를 가지는 버퍼를 사용할 필요도 없다. 오히려 부호변환기의 버퍼수단은 디코더로부터 디코드된 데이타 스트림에서의 지터를 제 2 부호 체계에 의해 허용된 것과 정합시키기 위해 사용될 수 있다. 어떤 경우에는 전술한 바와 같이 버퍼는 전혀 필요한 것이 아닐 수도 있다.
버퍼 수단이 있는 경우, 상기 버퍼수단을 디코더의 앞, 디코더와 인코더 사이 또는 인코더의 뒤에 배치할 수 있고, 또는 상기 세 가지 경우를 조합하여 설치할 수 있다.
버퍼수단을 통한 최대 지연은 버퍼가 부호화된 데이타를 저장하는지 디코드된 데이타를 저장하는지에 관계없이 일정한 값이다. 그러나, 버퍼의 물리적인 크기는 전송 속도와 최대 지연의 곱에 의해 결정되기 때문에, 버퍼 기억 수단의 필요성을 최소화하기 위해 버퍼 수단을 부호변환기의 저비트 속도의 전송경로에 배치하는 것이 바람직하다.
제 2 부호 체계의 최대 지터는 제 1 부호 체계의 최대 지터 보다 작거나 같거나, 또는 클 수도 있다.
원래의 부호화 알고리즘의 버퍼 지연(즉, 최대 지터)이 최종 디코더의 지연보다 작다면 두개의 극단 상태가 발생할 수 있다. 제 1 극단은 부호변환기의 인코더가 최종 디코더의 버퍼 지연에 의해 가능하게 된 자유도를 충분히 이용하도록 동작하는 것이다. 이것을 수행하기 위해, 부호변환기의 인코더는, 부호변환기에 의해 수신되는 부호화된 데이타 스트림을 최초로 생성하는 인코더에 의해 도입되는 것보다 많은 지터를 도입하게 된다. 이 경우에 있어서 허용된 지터의 차와 동일한 추가의 지터량을 도입할 수 있는 버퍼수단이 필요하게 된다. 제 2 극단에서는, 화질은원래의 인코더의 버퍼에 의해 이미 제한되어 있고 여분의 지터가 부호변환기의 인코더에 의해 도입되지 않는다는 가정하에서 부호변환기는 동작된다. 이러한 상황에서, 부호변환기의 디코더에 의해 공급되는 디코드된 데이타 스트림에 존재하는 모든 지터의 통과를 인코더가 허용하고 있기 때문에 부호변환기 내에 버퍼 수단은 필요없다(그러나, 부호변환기의 출력에서 일정한 비트 속도를 보장하기 위해 여전히 작은 버퍼는 필요함).
일반적으로, 부호변환기는 2개의 극단 사이의 임의의 중간 위치에서 동작될 수 있고, 이 경우 버퍼의 크기는 도입되는 추가 지터를 처리하기에 충분한 만큼만 필요하게 된다. 따라서, 버퍼의 크기는 제 1 부호 체계의 지터의 최대량과 제 2 부호 체계의 지터의 최대량 사이의 차의 절대값과 같거나 작다.
원래의 인코더 알고리즘(제 1 부호 체계)에서 허용된 지터가 최종 디코더(제 2 부호 체계)의 지터 보다 크다면, 버퍼수단은, 부호변환기의 인코더가 제 2 부호 체계의 지터량으로 동작하도록 하는 지터량을 제거한다.
버퍼수단이 디코더 앞에 버퍼를 구비한다면, 인코더는 버퍼의 언더플로우 또는 오버플로우를 방지하도록 디코더로부터 디코드된 데이타를 요구하도록 동작된다.
버퍼수단이 디코더와 인코더 사이에 단일 버퍼를 구비한다면 인코더는 버퍼의 언더플로우 또는 오버플로우를 방지하도록 제어된다.
버퍼수단이 인코더의 뒤에 배치된 버퍼를 구비하는 경우에도, 인코더는 버퍼의 언더플로우 또는 오버플로우를 방지하도록 제어된다.
버퍼수단이 두개 또는 그 이상의 버퍼를 구비한다면 인코더는 모든 버퍼가 언더플로우 또는 오버플로우를 일으키지 못하도록 제어된다.
0이 아닌 지터를 가지는 압축이 풀린 영상 신호는 아날로그 또는 디지탈 형태로 인코더로 전송될 수 있다. 디지탈 형태에서는, 연속으로 변화하는 클럭 주파수의 디지탈 인터페이스를 제공하는 것이 가능하지만 이것은 매력적인 기술상의 선택이 아닐 수도 있다. 아날로그 인터페이스는 디지탈-아날로그 변환기에서 재구성 필터의 차단주파수 및 아날로그-디지탈 변환기에서 앨리어싱 제거(anti-aliasing) 필터의 차단 주파수를 필요로 하는데, 이는 특별히 매력적인 선택은 아니다.
아날로그 및 디지탈 양자에 적합한 디코더와 인코더 사이의 인터페이스는 영상 데이타의 작은 패킷이 고정된 클럭 속도로 전송되는 비동기 방식인 것이 바람직하다. 패킷 사이에서는 영상신호의 주기 변화가 발생하지 않는다. 최대 지터의 압축을 처리하기에 충분히 높은 고정 속도가 필요하다. 적절한 패킷은 한 라인의 영상일 수 있고, 블럭 기초 알고리즘에서는 한 블럭의 화소일 수 있으며, 또는 전용 논리 보다는 프로그램가능 논리를 사용하는 디코더에서는 단일 화소가 적절할 수도 있다. 화소 라인의 전송은 아날로그 형태의 전송이 특히 적합한데, 그 이유는 패킷들이 화상의 가장자리에 위치할 때 패킷 사이의 합성 문제를 피할 수 있기 때문이다.
일반적으로 본 발명에 따른 부호변환기를 만들기 위해서 종래의 인코더와 디코더를 채용하여 간단한 수정을 하는 것은 불가능하다. 알고리즘은 표준화될 수 있지만, 가장 빈번하게 나타나는 구현이 없기 때문에 본 발명에 따른 부호변환기를제공하기 위해 필요한 수정은 특별한 설계에 의존한다. 그러나, 버퍼의 제어와는 달리, 본 발명에 따른 부호변환기의 구현은 근본적으로 새로운 설계 기술을 필요로 하는 것은 아니다.
부호변환기에서 인코더의 정확한 제어수단은 인코더와 디코더 및 이용되는 특정한 버퍼 장치에 의해 사용되는 알고리즘의 특성에 의해 대부분 결정된다.
인코더를 제어하기 위해서는 두개의 수단, 즉, 정방향 이송(feed forward)과 귀환(feedback)이 필요하다.
정방향 이송은 제 1 압축 체계가 각 화상 영역에서 어떻게 동작하는지 결정하기 위해 부호변환기로의 입력 신호를 검사한다. 예를 들면, 동적으로 선택 가능한 양자화 스텝 크기를 가진 알고리즘은 부호화된 데이타에 그 매개 변수를 포함해야 한다. 이것은 순간적인 압축에 대한 정보를 준다, 따라서, 부호변환기의 인코더는 그 정보에 따라 압축도를 수정할 것이다. 특히, 부호변환기에 버퍼가 없다면, 부호변환기의 인코더는 이러한 순간적인 압축을 원래의 인코더의 압축과 정합시키려 할 것이다. 또한, 다른 비트 속도, 다른 프레임 해상도, 또는 양자에 의해 화소당 평균 비트수가 다르다면, 압축에 대한 일정한 스케일링이 존재하게 될 것이다.
제 1 부호 체계의 지터의 최대량이 제 2 부호 체계의 지터의 최대량 보다 크다면, 부호변환기는 원래의 인코더에 후속하는 자신의 인코더를 덜 강조함으로써 지터를 감소시키는 것으로 생각될 수 있다(지터가 작아지는 만큼 화소당 일정 비트 수에 보다 근접하게 됨).
제 1 부호 체계의 지터의 최대량이 제 2 부호 체계의 지터의 최대량 보다 작다면 부호변환기는 지터를 증가시켜야만 하는데, 즉 부호변환기는 원래의 인코더의 추적을 과장해야만 한다.
귀환 방법은 버퍼를 관찰하고, 버퍼 충전을, 유지되어야 하는 순간값으로 제어하기 위해 부호변환기의 인코더의 매개변수를 변경한다. 이것은 본 명세서에서 전술한 바와 같은 종래의 제어 방법과 비슷하다. 또한, 전술한 바와 같이 귀환 정보는 지터의 존재를 결정하기 위해 부호변환기의 출력을 검사함으로써 이끌어 낼 수 있다.
부호변환기의 버퍼는 원래의 인코더의 버퍼크기와 최종 디코더의 버퍼크기 사이의 차를 나타내는 범위에 걸쳐 동작된다. 이것은 완전히 채워진 상태와 빈 상태의 범위를 초과하는 충전을 방지할 필요가 있는 종래의 버퍼 제어와는 대표적이다. 본 발명에 있어서 부호변환기는 디코더와 인코더 사이의 부호화된 데이타 스트림에서 0이 아닌 소정량의 지터를 유지하기 위해 이들 제한범위에 도달하는 것을 보장한다. 그러나, 정방향 이송 방법은 개방루프이기 때문에, 버퍼의 언더플로우 또는 오버플로우를 방지하는 모든 상황에서 적절한 정밀성을 가지고 인코더를 제어할 수 없는 위험이 있다. 다른 위험은 두개의 알고리즘의 속도 제어 기구에 이용가능한 별개의 단계가 서로 정확하게 정렬할 수 없다는 것이다. 따라서, 부호변환기의 버퍼는 양단(兩端)에서 어느 정도 여유를 줄 수 있는 충분한 크기이어야 할 필요가 있고, 정방향 이송과 귀환의 조합이 최선일 것이다.
영상 부호화 알고리즘은 동일한 공간적 그리고 시간적인 샘플링 주파수(라인수, 라인당 화소의 수, 초당 프레임의 수)를 반드시 사용할 필요가 없다. 표준 변환 방법, 즉 보간법은 잘 알려져 있는데, 현재, PCM 영상 신호에 의해 불변으로 동작한다. 이러한 변환은 부호변환기로 즉각 구체화되고, 본 발명에 따른 부호변환기에 포함될 수 있다.
본 발명은 이후 첨부 도면과 실시예를 참조하여 기술될 것이다.
제 2 도는 MPEG-1 형식으로부터 H. 261 형식으로 영상 신호를 변환하는 종래의 부호변환기;
제 2A 도는 제 2 도의 부호변환기의 개략도;
제 3 도는 버퍼수단이 필요 없는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 부호변환기;
제 3A 도는 제 3 도의 부호변환기의 개략도;
제 4 도는 디코더 부분과 인코더 부분 사이에 버퍼를 가지는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 개략도;
제 5 도는 버퍼수단이 디코더 부분의 앞에 버퍼를 구비하는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 개략도;
제 6 도는 인코더 부분의 뒤에 버퍼를 가지는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 개략도; 및
제 7 도는 버퍼수단이 각각 디코더 부분의 앞, 디코더와 인코더 부분 사이 및 인코더 부분의 뒤에 3개의 버퍼를 구비하는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 개략도이다.
제 2 도에서, 전술한 바와 같이 종래의 부호변환기(200)는 " 약 1.5Mbit/s 이하에서 디지탈 기억매체용의 동화상 및 음향을 부호화" 하는 ISO-IEC 표준11172(일반적으로 MPEG-1으로 알려짐)에 적합한 디코더(204, 208)를 구비하고, 이는 CCITT H. 261 권고에 적합한 인코더(206, 210)에 직접 결합된다. 디코더 부분(204)은 가변 길이 디코더(VLD)와, MPEG-1에 따라 부호화된 수신 영상 신호를 디코드하고 신호로부터의 동화 벡터를 디멀티플렉싱하는 디멀티플렉서(10)를 포함한다. 디코드된 신호는 디코드된 신호의 레벨을 복원하는 역 양자화 장치(12)로 전송되고, 이로부터 디코드된 신호의 값을 복원하는 역 DCT 변환기(14)로 전송된다. MPEG-1은 프레임 내, 프레임 사이 및 양방향 부호화를 이용하고, 따라서 디코더 부분(204)은 이전과 이후 입력 프레임 각각에 대한 예측을 기억하기 위한 프레임 기억장치(16, 17)을 구비한다. 동화 벡터는 프레임 기억장치(16, 17)중 하나로부터의 프레임을 갱신하는 동화보상(motion compensation) 예측장치로 보내진다. 이러한 동화보상된 화상은 가산기(18)에 의해 디코드된 신호와 가산되어, 압축이 풀린 디코드된 영상 신호(19)를 생성한다. 원래의 MPEG-1 인코더(도시되지 않음)내의 버퍼와 크기가 같은 탄성 버퍼(208)는 라인(202)상에서 부호화된 신호를 수신하고, 그 신호를 일정한 프레임율로 디코더 부분(204)에 전송한다. 따라서, 압축이 풀린 영상 신호는 원래의 영상 신호와 동일한 규칙적인 프레임율을 가진다.
압축이 풀린 규칙적인 영상 신호(19)는 DCT 처리기(22), 양자화장치(23), 가변 길이 인코더(VLC) 및 멀티플렉서(24)를 가지는 인코더 부분(206)을 구비하는 H. 261 인코더에 입력된다. 또한, 양자화장치(23)의 출력은 역 양자화장치(25)로 보내지고, 그런 다음 IDCT(26)로 보내져서 이전의 화상 기억장치(27)에 기억되는 예측된 화상을 생성한다. 또한, 입력 영상 신호(19)는 현재 화상과 이전의 화상 기억장치(27)에 기억된 이전의 화상을 비교하는 동화 평가장치(28)로 보내져서 동화 보상된 화상(29)을 생성한다. 동화 보상된 화상은 감산기(21)에 의해 현재 화상으로부터 감산되어, 인코더 부분(206)에 의해 부호화된 차신호를 생성한다. 목표 디코더(도시되지 않음)와 같은 용량을 가지는 탄성 버퍼(210)는, 인코더의 출력을 출력라인(212)에 의해 제공되는 고정 속도에 정합시킨다.
이러한 부호변환기는 MPEG-1 부호 체계에 의해 부호화된 영상 또는 음향 신호를 수신하고 H. 261 권고에 의해 부호화된 신호를 출력하는데 적합하다.
제 2A 도는 제 2 도에 도시된 부호변환기의 개략도이다. 예를 들어, 원래의 MPEG-1 인코더(도시되지 않음)의 고정된 지연 오버헤드를 a, MPEG-1의 부호화된 데이타 스트림의 지터의 최대량(즉, 원래의 인코더의 버퍼에 의해 제공되는 최대지연)을 x라 하면, 원래의 인코더로부터의 출력은 인코더에 대한 입력 후 언제라도 a로부터 a+x까지 발생할 수 있다. 부호변환기로의 영상 신호 입력은 원래의 인코더의 버퍼크기, 즉 x와 같은 크기의 버퍼(208)에 의해 수신된다. 버퍼(208)는 원래의 영상 신호의 규칙적인 프레임율로, 수신된 신호를 디코더 부분(204)으로 출력하여 디코더 부분(204)으로부터 압축이 풀린 규칙적인 영상 신호(19)를 생성한다. 이 신호는 인코더 부분(206)에 의해 부호화되고, 일정한 비트 속도로 부호화된 신호를 출력하는 버퍼(210)로 전송된다. 버퍼(210)는 최종 디코더(도시되지 않음)내의 버퍼와 같은 용량 z를 가진다. 부호변환기의 디코더 부분(204)의 지연 오버헤프가 b1이고 부호변환기의 인코더 부분(206)의 지연 오버헤드가 b2이면 부호변환기로부터의부호화된 데이타 스트림의 최대 지연은 a+x+x+b1+b2+z이다.
제 3 도에는 MPEG-1 부호 체계의 지터의 최대량이 H. 261 부호 체계의 지터의 최대량보다 작을 때 적용가능한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 부호변환기(300)가 도시되어 있다. 디코더 부분(204)과 인코더 부분(206)은 제 2 도에 도시된 바와 같지만 버퍼(208, 210)가 없다. 원래의 MPEG-1 인코더의 고정된 지연 오버헤드와 MPEG-1부호화된 데이타 스트림의 지터의 최대량은 제 2도를 참조하여 설명된 것과 동일하다. 부호변환기(300)로의 영상 신호 입력은, 이것이 수신되는 불규칙적인 프레임율로 디코더 부분(204)에 의해 디코드되어(여기서는 버퍼(208)가 없음), 디코더로부터 압축이 풀린 불규칙적인 영상신호(38)를 생성한다. 제 3A 도에 도시된 바와 같이, 부호변환기의 디코더 부분(204)의 지연 오버헤드가 b1, 부호변환기의 인코더 부분(206)의 지연 오버헤드가 b2이면, 인코더 부분(206)으로부터 부호화된 데이타 스트림 출력의 지연은 (a+b1+b2)에서 (a+b1+b2+x)(즉, 부호화된 데이타 스트림 내의 최대 지터 x가 존재)까지의 범위이다. 따라서, 인코더(206)(버퍼(210)는 제외)는 디코더(204)에 의해 제공되는, 디코드되고 압축이 풀린 스트림에 존재하는 모든 지터를 통과시킬 수 있고, 이 지터는 H. 261 부호 체계에서 허용되는 것보다 작다.
제 4 도는 제 2 도 및 제 3 도에 도시된 것과 같은 MPEG-1 디코더 부분(204)및 H. 261 인코더 부분(206)를 구비하지만, 단순화를 위해 개략적으로 도시되어 있는 부호변환기(400)를 도시하고 있다. 디코더 부분(204)과 인코더 부분(206)은 버퍼(406)를 통해 연결되어 있다. 이 경우 인코더 부분(206)은 버퍼(406)의 내용에의해 제어되어, 언더플로우 또는 오버플로우가 방지된다.
제 5 도는 H. 261 인코더 부분(206)에 직접 결합된 MPEG-1 디코더 부분(204)을 구비하는 부호변환기(500)를 개략적으로 보여준다. 버퍼(506)는 디코더 부분(204)의 앞에 배치된다. 디코드되고 압축이 풀린 데이타는, 버퍼(506)가 언더플로우 또는 오버플로우를 일으키지 못하도록 하기 위해, 디코더 부분(204)으로부터 인코더 부분(206)에 의해 요청된다.
전술한 원래의 인코더(a) 및 부호변환기(b1+b2)의 동일한 고정 지연 오버헤드를 고려하여, MPEG-1 부호 체계의 지터의 최대량 x가 H. 261 부호 체계의 지터의 최대량 z 보다 작을 때, 최대 용량 y를 가진 탄성 버퍼(406) 또는 탄성 버퍼(506)는 추가의 지터를 부호화된 데이타 스트림에 제공한다. 원래의 인코더로부터의 데이타 스트림내의 지터가 0일 때, 버퍼(406)는 비워진다. 따라서 부호변환기의 출력은 고정 지연 오버헤드 a+b1+b2에 의해서만 지연된다. 원래의 인코더로부터의 데이타 스트림내의 지터가 최대(즉, x)일 때, 버퍼는 충만되고 데이타 스트림은 y 만큼 지연된다. 이때 부호변환기의 출력은 a+x+b1+b2+y 만큼 지연되고, 이것은 부호화된 데이타 스트림이 최대 지터 x+y를 가지는 것을 의미한다. 버퍼(406)의 크기 y는 y≤｜x-z｜를 만족하도록 선택된다. 그 결과 제 3 도에 도시되어 있는 부호변환기의 출력과 비교하여 화질이 향상된다. 디코더 부분(204)으로부터의 압축이 풀린 영상 신호 출력은 버퍼(406)에 의해 지연된다. 따라서, 압축이 풀린 신호(48)는, 압축된 영상이 지터를 갖지 않는 종래의 부호변환기와는 달리 b1과 b1+y+x 사이(즉, 최대지터 x+y)에서 변화하는 지터를 가진다.
MPEG-1 부호체계의 지터의 최대량 x가 H. 261 부호체계의 지터의 최대랑 z보다 클 때, 버퍼는 부호화된 데이타 스트림에서 지터의 최대량 y를 제거한다. 제 5도에 도시된 바와 같이, 원래의 인코더로부터의 데이타 스트림 내의 지터가 0일때, 버퍼(506)는 충만되고 데이타 스트림은 y만큼 지연된다. 따라서 부호변환기의 출력은 a+b+y 만큼 지연된다. 원래의 인코더로부터의 데이타 스트림 내의 지터가 최대(즉, x)일 때, 버퍼는 비워진다. 따라서 부호변환기의 출력은 고정 지연 오버헤드 및 원래의 버퍼 지연 a+b+x에 의해서만 지연된다. 그러므로 부호화된 데이타 스트림은 (a+b+x) - (a+b+y), 즉 x-y의 최대 지터를 가진다. 버퍼(506)의 크기 y는 y≤｜x-z｜를 만족하도록 선택된다. 따라서 인코더(206)는 H. 261 부호체계에서 허용되는 지터량으로 동작한다. 압축이 풀린 영상 신호(58)는 제 1 부호체계에 따라 부호화된 영상신호의 불규적적인 프레임율을 유지한다.
제 6 도에 있어서, 부호변환기(600)는 H. 261 인코더 부분(206)에 결합된 MPEG-1 디코더 부분(204)을 구비하고, 그 출력은 버퍼(606)에 공급된다. 다시, 인코더 부분(206)은 버퍼수단의 충만수준에 관해 제어된다.
제 7 도를 참조하면, 부호변환기(700)는 버퍼(706)를 통해 H. 261 인코더(206)에 결합된 MPEG-1 디코더 부분(204)를 구비한다. 또한, 버퍼수단은 디코더 부분(204)의 앞에 버퍼(708), 인코더(206)의 뒤에 버퍼(710)를 구비한다. 버퍼(706, 708 및 710)의 전체 용량 y1+y2+y3는 x+z보다 작다.
MPEG-1 부호체계의 지터의 최대량이 H. 261 부호체계의 지터의 최대량 보다 작은 경우, 버퍼(606, 706, 708, 710)는 제 4 도를 참조하여 전술한 바와 같이 부호화된 데이타 스트림에 지터를 부가하고, 따라서 인코더 부분(206)은 H. 261 부호체계에서 허용되는 지터량으로 동작한다.
MPEG-1 부호체계의 지터의 최대량이 H. 261 부호체계의 지터의 최대량 보다 크면, 버퍼(606, 706, 708, 710)는 제 5 도를 참조하여 전술한 바와 같이 부호화된 데이타 스트림으로부터 지터를 제거하고, 따라서 인코더 부분(206)은 H. 261 부호체계에서 허용되는 지터량으로 동작한다.
도시된 모든 실시예에서, 원래의 인코더, 부호변환기 및 최종 디코더의 전체 지연은, 제 2 도에 도시된 바와 같이 보다 큰 지터의 최대량을 가지는 부호체계에 대한 인코더와 디코더의 합성 지연을 초과하지는 않는다. 이것은 제 1 부호체계와 제 2 부호체게에 대한 지연 합계인 종래의 부호변환기를 사용하는 종단간 시스템의 버퍼의 전체 지연보다 작다.
본 발명에 따른 부호변환기는 양방향 부호변환기로서 동작되는 것이 가능하고, 이 경우에는 변환이, 통상 서로 다른 두개의 영상 부호 표준 사이에서 양방향으로 이루어지거나, 예를 들어, 화상 데이타베이스에 연결되었을 때 한 방향의 접근에 응용될 수 있다.
전술한 특정 실시예는 MPEG-1 부호체계에 따라 부호화된 영상 신호를 H. 261 표준에 적합한 부호체계에 따라 부호화된 영상 신호로 변환하는 부호변환기에 관한 것이지만, 본 발명에 따른 부호변환기는 임의의 신호, 영상 신호, 또는 기타의 신호를 대체 형태로 변환하도록 구성하는 것이 가능하다.

Claims (6)

  1. 부호화된 데이타 스트림에 존재할 수 있는 지터의 제 1 최대량을 특정하는 제 1 부호체계에 따라 부호화된 수신 데이타 스트림을 디코딩하는 디코더 부분(204); 및
    부호화된 데이타 스트림에 존재할 수 있는 지터의 제 2 최대량을 특정하는 제 2 부호체계에 따라 상기 디코더 부분으로부터의 데이타 스트림을 인코딩하는 인코더 부분(206)을 포함하고,
    부호변환기는 상기 인코더 부분(206)에 의해 수신된 데이타 스트림이 0이 아닌 지터량을 가지도록 구성되고, 상기 인코더 부분(206)이 지터의 제 2 최대량 보다 작거나 동일한 지터량을 가지는 부호화된 데이타 스트림을 생성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 부호변환기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수신된 데이타 스트림이 영상신호를 나타내는 것을 특징으로 하는 부호변환기.
  3. 제 1 부호체계에 따라 부호화된 수신 데이타 스트림을 제 2 부호체계에 따라 부호화된 데이타 스트림으로 변환하는 방법에 있어서,
    상기 제 1 부호체계 및 제 2 부호체계는 각각 부호화된 데이타 스트림 내에존재할 수 있는 지터의 제 1 최대량 및 제 2 최대량을 특정하고, 상기 수신된 데이타 스트림은 0이 아닌 지터량을 가지는 데이타 스트림으로 디코딩되며, 상기 제 2 부호체계에 따라 부호화된 데이타 스트림은 지터의 제 2 최대량 보다 작거나 동일한 지터량을 가지는 것을 특징으로 하는, 제 1 부호체계에 따라 부호화된 수신 데이타 스트림을 제 2 부호체계에 따라 부호화된 데이타 스트림으로 변환하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 수신된 데이타 스트림이 영상 신호를 나타내는 것을 특징으로 하는, 제 1 부호체계에 따라 부호화된 수신 데이타 스트림을 제 2 부호체계에 따라 부호화된 데이타 스트림으로 변환하는 방법.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    0이 아닌 지터량을 가지는 디코딩된 데이타 스트림이, 데이타 패킷으로 제 2 부호체계에 따라 부호화하는 수단에 비동기 전송되는 것을 특징으로 하는, 제 1 부호체계에 따라 부호화된 수신 데이타 스트림을 제 2 부호체계에 따라 부호화된 데이타 스트림으로 변환하는 방법.
  6. 부호화된 신호가 불규칙적인 프레임율의 영상 정보를 포함하는 제 1 부호 체계에 따라 부호화된 영상 신호를, 부호화된 신호가 불규칙적인 프레인율의 영상 정보를 포함하는 제 2 부호체계에 따라 부호화된 신호로 변환하는 부호변환기에 있어서,제 1 부호 체계에 따라 동작할 수 있는 디코더 부분과 제 2 부호체계에 따라 동작할 수 있는 인코더 부분을 포함하며, 상기 부호변환기가 불규칙적인 프레임율로 상기 디코더 부분으로부터 상기 인코더 부분으로 영상 신호를 전송할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 부호변환기.
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