KR100327650B1 - 비디오신호압축시스템의양자화제어장치 - Google Patents

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락스 죠셉 제이.
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Abstract

본 발명은 부분 압축된 비디오 데이타를 양자화하는 양자화 장치(14)와 압축된 출력 데이타량을 모니터하는 추가의 장치(28)를 구비한 비율 제어 VBR 양자화 시스템에 관한 것이다. 압축된 출력 데이타량이 소정값보다 작은지 큰지에 따라, 양자화 장치는 고정 양자화 모드 또는 각 프레임의 선택된 데이타 블록만 적응 양자화되는 모드로 각각 동작되도록 조정된다(27).

Description

비디오 신호 압축 시스템의 양자화 제어 장치
본 발명은 비디오 신호 압축 시스템의 양자화 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 비디오 신호 압축 시스템은 부분 압축된 신호의 부호어를 양자화하여 이 양자화된 다수의 부호어가 유사값을 갖도록 하는 회로를 포함하며, 이러한 조건에서 실행 길이 인코덩(run length encoding)이 수행된다. 따라서, 양자화된 부호어는 대체로 실행 길이 인코딩 및 가변 길이 인코딩되어 압축된 형태로 신호가 공급된다. 용어 "부분 압축된 신호"는 예컨대 이산 코사인 변환 즉 DCT 프로세서에 의해 공급되는 신호를 칭한다. DCT 프로세서에 의해 공급되는 비디오 데이타는 예컨대 8×8 연속 픽셀 매트릭스를 표시하는 8×8 계수의 블록으로 발생한다. 일반적으로, 블록의 각 계수는 각각의 상대적인 중요도에 따라 상이한 양으로 양자화된다. 이러한 계수의 블록을 양자화하기 위해 양자화 매트릭스가 이용된다. 이 양자화 매트릭스는 블록의 각 계수에 인가될 양자화 값을 포함한다. 비디오 데이타의 양자화는 모든 계수(부호어) 블록에 동일한 매트릭스 즉 표의 양자화 값을 인가함으로써 수행될 수 있다. 이는 매트릭스의 양자화 값이 상이하더라도 본 명세서에서는 고정 양자화로 칭해진다. 비디오 신호의 상이한 프레임은 상이한 이미지를 표시하므로, 고정 양자화에서 야기되는 압축 비디오 데이타량은 프레임 단위로 가변되어 가변 비트율(VBR) 압축화를 야기한다.
어떤 신호 전송 시스템은 VBR 압축 신호를 효율적으로 조절할 수 없으므로 일정 비트율(CBR) 압축 시스템이 연구되어 왔다. CBR 시스템에서 부호어의 양자화는 압축 데이타 수를 제어하도록 적응된다. 일반적으로 압축 데이타 용량은 모니터되고 양자화 값은 프레임당 압축된 비트수가 실질적으로 일정하도륵 압축 데이타 용량에 역비례하게 변경된다. 적응 양자화 시스템은 또한 계수 블록의 양자화를 위해 양자화 값의 표를 이용한다. 적응도는 대체로 블록의 각 계수에 인가하기 위한 표로부터 양자화 값이 출력됨에 따라 양자화 값에 단순히 스케일이 정해짐으로써 구현된다. 일반적으로, 양자화표에서 공급되는 모든 양자화 값은 동일 인자에 의해 스케일이 정해지지만, 스케일 인자는 블록에 따라 변경될 수 있다.
CBR 압축 시스템에는 프레임에 따라 이미지 특성을 변경시키려는 경향이 있지만, 압축 신호가 전송될 다른 신호와 함께 멀티플렉싱될 것이라면 일정 비트율은 유리한 면이 있다. 대체 방안으로, VBR 압축 신호는 프레임에 따라 실질적으로 균일한 이미지 특성을 공급해주는 경향이 있지만 멀티플렉싱된 신호 상태로 전송하기에는 더욱 어렵다.
본 발명은 데이타량을 제한하지만 실질적으로는 프레임에 걸쳐 균일한 이미지 특성을 보유하는 양자화 시스템에 관한 것이다. 상기 시스템은 코딩된 비디오 데이타를 양자화하는 양자화 장치와 출력 데이타량을 모니터하기 위한 장치를 포함한다. 소정치보다 작거나 큰 출력 데이타량에 따라 양자화 장치는 상이한 모드로 동작하도록 적응된다.
본 발명은 블록 또는 매크로블록형의 신호 압축/핸들링을 수행하는 유형의, 예컨대, MPEG형 압축 시스템과 같은 유형의 비디오 신호 압축 시스템 환경에 대해 서술할 것이다. MPEG은 국제 표준화 기구의 동화상 기술 위원회(MPEC)에 의해 제정된 표준 시스템이다. 미국 특허 제5,122,875호에서 MPEG형 시스템의 한 실례를 찾을 수 있다. MPEG형 시스템은 각 연속 프레임 그룹, GOP에 대해 움직임 보상 예측 압축화를 수행한다. 압축된 GOP 내에서, 상기 프레임들은 프레임내 처리, 전방향 프레임간 처리 및 양방향 프레임간 처리에 의해 각각 압축되는지에 따라 I,P 또는 B로 표시된다. 상이한 프레임 유형은 상이하게 압축되기 때문에 동일한 이미지에 대해서라도 상이한 프레임 유형의 압축 데이타 용량은 상이해지므로 상이한 압축 프레임 유형에 대해서는 상이한 양자화 값이 적당하다.
MPEG형 시스템의 압축된 이미지 데이타는 16×16 인접 픽셀의 매트릭스를 표시하는 매크로블록 내에 배열된다. 각 매크로블록은 8×8 블록으로 이루어진 4개의 휘도 데이타 블록과 2개의 색도 데이타 블록으로 구성된다. 색도 데이타의 각 8×8 블록은 총 16×16 매트릭스의 픽셀을 표시한다. 매크로블록은 각각의 슬라이스가예컨대 비디오 신호의 16개의 수평 라인을 표시하는 슬라이스로 배열된다. 따라서 496개의 유효 라인으로 된 한 프레임은 31개의 슬라이스로 표시된다. MPEG형 시스템은 일반적으로 매크로블록 단위로 데이타를 양자화한다.
본 발명의 양자화는 통상적으로는 코딩된 총 데이타가 소정량을 넘지 않는 한 고정된 양자화 값을 사용하여 수행된다. 한 실시예에서, 상기 조건을 따른다면 소정의 제한을 넘는 데이타의 매크로블록만이 적응형으로 양자화되고 다른 모든 매크로블록은 고정 양자화된다. MPEG형 압축 환경에서 최대의 부호어 목표값은 GOP에 대해 설정된다. 이 최대 목표값(RGOP)은 각 프레임에 이용되는 압축 처리에 따라 GOP의 각 프레임 사이에 분배된다. RGOP는 각 양자화 매트릭스의 양자화 값을 변경하는데 사용되는 전체적인 양자화 인자(QI, QP, QB)로 나타난다.
선택된 이미지 특성에서 GOP를 코딩하는데 사용되는 총 비트수(S)는 다음 식에 따라 추정된다 ;
여기서, rI, rP, rB는 프레임내 인코딩, 전방향 프레임간 예측 인코딩 및 양방향 프레임간 예측 인코딩 각각의 VBR에 대한 각각의 평균 공칭 비트율이고, N은 GOP의 프레임 갯수이며, M은 2개의 P 프레임 간의 B 프레임수이다. 시스템의 시동시 공칭값은 제1 GOP의 rI, rP, rB로 사용될 수 있음에 따라 이전 GOP로부터의 값은 제1의 I, P 및 B 프레임이 현재 GOP에 대해 인코딩될 때까지 이용될 수 있다. 추정치(R)가 RGOP보다 작다면 GOP는 소정의 이미지 특성을 생성하도록 선택된 고정 양자화에 따라 양자화된다. 작지 않다면, 목표 비트 할당치(Rj)는 각 프레임 유형에 대해 다음과 같이 계산된다 ;
여기서,
각 프레임은 고정 양자화를 통해 제1 압축화되고, 프레임에 대한 코딩된 전체 비트 수(rj)가 카운트된다. 제1 압축화가 수행된 후 초과율 분수(xs-frac)가 다음 식에 따라 계산된다 ;
또한, 임계값(ThV)은 다음과 같이 계산된다 ;
여기서, E[mbsize]는 프레임의 매크로블록 당 평균 압축 비트수이고,StD[mbsize]는 매크로블록당 비트수의 표준 편차이다. 값 ThV는 양자화 이전이나 이후의 각 매크로블록의 데이타 용량을 사용하여 계산될 수 있다. 즉, ThV는 양자화되지 않은 데이타 또는 양자화된 데이타의 함수로 존재할 수 있다.
xs-frac의 값이 0 보다 작으면, 코딩된 비트수는 세트 제한내에 있고 프레임은 제1 압축화에 사용된 고정 양자화로 정상 VBR 모드에서 코딩된다. 그렇지 않다면, 제2 압축화가 초래된다. 제2 압축화에서 고정 양자화는 사이즈가 ThV 보다 작은 모든 매크로블록에 대해 이용된다. 나머지 매크로블록에 대해서는 더 큰 양자화 인자가 선택된다. 상기 더 큰 양자화 인자는 공식 및/또는 예컨대 mbsize(i)와 ThV 간의 차이에 따라 선택될 수 있다. 이 경우 가능한 차이값은 여러 범위로 나누어지고 양자화 인자 증분은 각 범위에 대해 지정된다. 전위차값은 다음 세 범위, 즉, 각각 최저값 내지 최고값을 갖는 50, 30 및 20 퍼센트 범위로 상기 가능한 값의 50, 30 및 20 퍼센트를 포함하는 범위로 나누어진다고 가정한다. 50, 30 및 20 퍼센트 범위는 각각 1, 2 및 3의 증분값으로 지정될 수 있다. 따라서, mbsize(i)가 두번째 범위에 의해 표시되는 양에 의해 ThV를 넘는다면 상기 블록의 현재 양자화 인자는 2 만큼 증가된다.
대체 방안으로, 임계값을 넘는 매크로블록의 양자화 인자의 실험 조사표를 사용함으로써 좋은 결과를 얻을 수 있다. 제4도, 제5도 및 제6도는 그러한 실험 조사표를 나타낸다. 더 큰 양자화 인자를 선택하는데 있어서 실험표를 만들기 위해 두 요소가 사용된다. 이 두 요소는 현재 양자화 인자 및 가변 xs-frac 이다. 표의출력은 현재 매크로블록의 양자화에 사용되는 갱신된 양자화 인자이다. 상이한 인코딩 프레임 유형에 대해서는 상이한 표가 사용된다. 제4도, 제5도 및 제6도의 표는 I, B 및 P 프레임의 사용에 따라 얻어지는 값에 각각 해당한다. B 및 P 인코딩된 프레임의 특정 매크로블록은 프레임내 인코딩될 수도 있다. 이 경우, B 또는 P 프레임에서 찾을 수 있는 I형 매크로블록에 대해 I 표가 사용될 것이다. 이 표에서, Old qi로 명칭된 값은 (표의 어드레싱에 사용되는) 현재 양자화 인자이고, New qi로 명칭된 값은 표에서 출력되는 새로운 양자화 인자이며, 표의 내부에 도시된 값은 예컨대 100과 같은 소정량으로 곱해진 xs-frac 값인데, xs-frac 값은 또한 각 표를 어드레싱 하는데도 사용된다.
매크로블록의 임계값(ThV)은 매크로블록 단위로 갱신되는 것이 유리하다. 이를 위해 실행 변수(a)는 각 매크로블록이 처리됨에 따라 계산된다. 연속 임계값(ThVn)은 다음과 같이 계산된다 :
변수 αn은 다음 식으로부터 계산된다 :
α의 연속값은 nKn의 양만큼 감소된다. 인자 n은 항 nKn이 너무 신속히 증가하지 않도록, 즉, α가 너무 신속히 감소하지 않도록 하기 위해 이용된다. 두 인자는 선행 매크로블록에서 발생하는 비트의 축적된 갯수의 함수이다. 인자 Kn은다음과 같이 주어진다 :
여기서 s는 0.1 같은 상수이고. 변수 Cut-frac는 다음 식으로부터 계산된다;
항 bit-cut은 선행 매크로블록이 ThV를 넘는 매크로블록의 적응 양자화의 결과로 감소되는 코딩된 비트 갯수를 나타낸다.
변수 n은 다음 식을 사용하여 계산된다 ;
또한, 변수 n은 프레임의 다수의 주요 매크로블록이 처리될 때까지 매우 작은 값으로 유지된다. 대체 방안으로, 상이한 매크로블륵 그룹에 대해 n에 고정값이 지정될 수 있다. 상기 값은 매크로블록의 제1의 ⅓, 제2의 ⅓ 및 제3의 ⅓에 대해 각각 0, 0.1 및 0.25로 될 수 있다. n 번째 매크로블록의 처리 후 식 (6) 내지 (10)에서 계산된 값들은 n+1 번째 매크로블록의 처리에 이용된다.
상기 과정은 전체 코딩된 비트가 식 (5)를 만족할 때까지 여러 번 반복된다. 계속되는 반복을 통해 변수(xs-frac)는 실험표로부터 더 큰 양자화 인자를 공급하는 방향으로 무게화된다. 각 매크로블록의 양자화 인자가 변경됨에 따라 표에 있는해당 양자화 인자도 갱신된다. 필요한 만큼의 반복이 완료되면 각 프레임은 각 매크로블록을 양자화하기 위해 표에 저장된 양자화 인자를 사용하여 재코딩된다.
본 발명을 실행하는 시스템의 일반 형태가 제1도에 예시된다. 이 특정 시스템은 MPEG 인코딩을 수행하는 것으로 가정되지만 블록 단위로 동작하는 임의의 인코더가 본 발명을 포함할 수 있음을 잘 이해할 것이다. 인코딩될 비디오 입력 신호는 버스(2)에 인가되는데, 이 버스(2)는 MPEG 인코더(4) 및 메모리 장치(7)에 결합되어 있다. 상기 인코더(4)는 전방향 분석기(6)에 결합되어 인코딩 처리에 관한 정보를 전송한다. 상기 정보는 전류 프레임 유형, 전류 매크로블록 유형, 각 매크로블록의 전류 양자화 인자 및 인코딩된 비트 갯수를 기본적으로 포함한다. 전방향 분석기는 이 데이타로부터 식 (1)-(10)의 계산을 수행하여 상기한 실행표에 기입될 새로운 양자화 인자를 발생한다. 전방향 분석기에 의해 각 프레임이 충분히 반복 코딩되어 식 (5)를 만족하도록 양자화 인자가 적응된다.
해당 프레임의 양자화 인자가 전방향 분석기에 의해 정해진 후, 메모리(7)에 저장된 비디오 데이타 및 소정 시각에서의 프레임은 제2 MPEG 인코더(8)에 인가된다. 저장된 프레임이 제2 MPEG 인코더에 인가됨과 동시에 전방향 분석기는 해당 프레임에 대해 선택된 양자화 인자의 실행표로부터 양자화 인자를 결합한다. MPEG 인코더(8)는 비디오 데이타의 해당 프레임을 인코딩하기 위해 상기 양자화 인자를 사용한다.
제1도에 예시된 유형의 시스템은 단위시간당 더 많은 데이타를 처리할 수 있지만 하드웨어 집약형이다. 제2도에는 다소 덜한 하드웨어 집약형 시스템이 예시되는데, 이 장치의 특정 부분은 시분할 다중화 형태로 작동하여 전방향 분석 및 인코딩의 각 동작을 수행한다.
제2도의 소자(10-22)는 전형적인 움직임 보상 예측 인코더를 포함한다. 3개의 병렬 처리 경로가 도시되어 있는데, 각각의 경로는 2개의 색도 비디오 성분 및 하나의 휘도 비디오 성분을 처리한다. 움직임 보상 장치(20)는 휘도 신호에 대해 작동하여 움직임 벡터를 발생하는데, 이 벡터는 3개의 처리 경로에서 사용된다. 시스템 제어기(21)는 각각의 처리 회로와 교신하고, 인코더의 일반 동작을 지시한다. 움직임 보상 예측 인코더의 동작은 잘 알려져 있으므로 본 명세서에서는 상세히 설명되지 않는다.
제2도의 장치는 또한 기억 소자(26), 프로세서(27) 및 카운터(28)를 구비한 전방향 분석기(25)를 포함한다. 프로세서(27)는 기억 소자(26) 및 카운터(28)를 제어하고, 시스템 제어기(21)와 교신하여 양자화 적응을 반복하도록 처리를 중단시킨다. 제2도에서, 비디오 신호의 프레임은 버스(10)에 인가되어 고정 양자화를 사용하여 압축(인코딩)된다. 부분적으로 압축된 데이타의 각 블록이 DCT 프로세서(13)에 의해 발생됨에 따라, 이 블록들은 기억 소자(26)에 저장되어 양자화 인자 발생의 연속적인 반복에 사용된다. 양자화 소자(14)로부터 양자화된 데이타는 실행 길이 및 가변 길이 인코더(15)에 인가된다. 인코더(15)로부터 실행 및 가변 길이 인코딩된 데이타와 소자(20)로부터의 움직임 벡터는 포맷터(22)에 인가된다. 포맷터(22)는 헤더 데이타를 발생하여 인코더(15)로부터의 데이타 블록, 움직임 벡터 및 상기 헤더 데이타를 매크로블록, 슬라이스, 프레임 및 GOP 등으로 배열한다.
인코더(15)나 포맷터(22)중 하나로부터 코딩된 데이타는 카운터(28)에 의해 카운트되어 인코딩된 프레임의 데이타( j)를 결정한다. 포맷터(22)나 인코더(15)로부터의 데이타가 카운트되는지의 여부는 움직임 벡터 및/또는 헤더 데이타에 해당하는 데이타량이 비교적 일정하고 각 프레임 유형에 대해 예측 가능한 지에 달려있다. 그렇다면 데이타는 두 소자의 출력에서 카운트될 수 있고, 그렇지 않다면 카운트될 데이타는 포맷터(22)의 출력으로부터 유도되어야 한다.
프로세서(27)는 시스템 제어기(21)와 교신하도록 프로그래밍되어 비트율(RGOP)을 획득하고, 카운터(28)로부터 인코딩된 비트의 카운트를 각 인코딩 경로의 종료시 획득한다. 프로세서(27)는 상기 데이타를 사용하여 양자화 인자를 조정한다. 이 처리 과정은 제3도의 흐름도를 참조로 하여 설명된다. 이 시스템은 사용자 파라미터를 시스템 제어기(21)에 인가함으로써 초기화되고(단계 50), 상기 파라미터는 예컨대, 비디오 소스 재료의 유형, 소망하는 코딩 해상도, 소망하는 이미지 특성 등을 표시한다. 시스템 제어기는 실질적으로 상태 기계 장치(status machine)이며 파라미터는 시작 및 선택 상태를 설정한다. 이와 같은 사용자 파라미터가 입력되지 않으면 시스템 제어기는 디폴트 파라미터 세트를 로드하는데, 파라미터 중 하나는 RGOP이다. RGOP값은 프로세서(27)에 전송되고, I, P, B의 공칭값은 예컨대 ROM으로부터 액세스된다. 프로세서(27)는 상기 값들을 사용하여 각 Rj값을 계산한다.
다음 단계로 시스템 제어기는 데이타의 제1 프레임을 액세스한다(단계 51).각 프레임은 특정 프레임이 발생하는 입력 프레임의 시퀀스에서 상대적인 위치에 따라 시스템 제어기(21)에 의해 I,P,B로 지정된다. 이 프레임은 소정의 이미지 특성을 제공하도록 선택된 전체 양자화 인자(Qj) 및 양자화 표를 사용하여 인코딩된다(단계 52). 이 처리 과정 동안, DCT 장치로부터 공급되는 데이타 블록은 기억 소자(26)에 저장된다. 각 매크로블록이 인코딩됨에 따라, 그 매크로블록에 관련된 카운터(28)로부터의 카운트 값도 저장된다. 이 카운트 값은 프레임의 시작부터의 누적 카운트이거나, 또는 각 매크로블록의 코딩된 데이타 량을 표시하는 값일 수도 있다. 후자의 값은 한 매크로블록 주기동안 카운터의 출력을 저장하고 각각의 저장된 카운트 값을 다음 연속 매크로블록과 관련된 누적 카운트 값으로부터 감산함으로써 얻을 수 있다.
프레임이 압축된 후, 인코딩된 프레임의 총 데이타( j)가 카운터(28)로부터 획득되고 변수(xs-frac)가 식 (5)에 따라 계산된다(단계 53). 또한 임계값(ThV)도 계산된다. 변수(xs-frac)는 음수인지 검사된다(단계 54). 음수라면, 프레임의 인코딩된 데이타는 Rj보다 작으며 양자화 적응이 요구되지 않는다. 전체 양자화 인자는 프로세서(27)내 실행 양자화 표(q MEM)의 모든 위치에 로드된다(단계 55).
여기서, 적어도 2개의 선택 시스템이 존재한다. 하나의 시스템은 전체 양자화 인자를 사용하여 프레임이 재인코딩되어 비율 버퍼(도시되지 않음)와 같은 추가의 회로에 인코딩된 데이타를 출력하는 것이다. 이 경우에, 추가의 회로에는 변수(xs-frac)의 크기가 단계 54에서 결정될 때까지 포맷터로부터의 데이타 입력이억제될 것이다. 다른 시스템에서는, 포맷터는 인코딩된 데이타의 마지막 프레임을 저장하는 메모리에 결합될 수 있다. 이후, 단계 54의 조건이 맞는다면 그러한 메모리에서 인코딩된 데이타가 출력되고 프레임의 재인코딩은 방지된다.
xs-frac가 0 보다 작지 않다면(단계 54), 양자화 적응 처리과정이 초기화된다(단계 56). 변수(α, β)는 1로 설정되고(단계 57), 변수(xs-frac)는 β로 스케일된다(단계 60). 제1 반복 경로에서, β는 1 이므로 xs-frac는 변경되지 않는다. 그러나, 다음 반복 과정에서 β는 증가되므로 xs-frac는 증가되어 다음 두 결과를 낳는다. 첫째, 각 표에서 선택된 양자화 값이 커진다. 둘째, 변수 α가 더욱 빠르게 변경된다.
xs-frac가 스케일된 후, 프레임의 제1 매크로블록이 기억 소자(26)로부터 액세스되어(단계 66) 이 매크로블록의 코딩된 데이타량이 현재 임계값을 초과하는 지가 검색된다(단계 67), 현재 임계값은 변수 αn으로 스케일된 원래의 임계값(ThV)이다. 현재 매크로블록의 코딩된 데이타량이 현재 임계값을 초과하면, 적절한 실험표가 현재 양자화 인자 및 변수(xs-frac)를 사용하여 어드레싱되어(단계 68) 상기 소정의 매크로블록에 대한 새 양자화 인자가 획득된다. 이 양자화 인자는 각 매크로블록에 관련된 어드레스 위치에서 실행 양자화표[프로세서(27)의 q MEM]에 로드된다(단계 77). 변수 bits-cut는 갱신되고(단계 69), 변수 Cut-frac는 기억소자(26)에 저장된 데이타와 카운터(28)에서 공급되는 데이타로부터 갱신된다(단계 70). 변수 nGn과 αn은 식(7, 8, 10)에 따라 단계 71에서 갱신된다. 이후, 최종 매크로블록이 처리되었는지 검색된다(단계 72). 처리되지 않았다면, 매크로블록 어드레스는 증분되고 데이타의 다음 매크로블록이 기억 소자(26)로부터 액세스된다.
필요한 양자화 인자를 설정하기 위해 한 번 이상의 반복이 요구된다면, 양자화 인자의 변경은 예측기(19)에 의해 공급되는 예측 프레임에 영향을 미치기 때문에 데이타의 해당 프레임을 재인코딩할 필요가 있다. 그러나, 프레임의 재인코딩 동안에는 영향이 미치지 않으므로 움직임 벡터를 계산할 필요가 없다. 이에따라, 포맷터(22)는 재계산이 필요하지 않도록 움직임 벡터를 저장하기에 충분한 메모리를 포함하는 것으로 가정된다.
단계 67로 돌아가서, 코딩된 데이타량이 현재 임계값을 초과하지 않는다면, 검사된 매크로블록을 주시하는 어떠한 동작도 취해지지 않고 처리과정은 단계 70으로 진행하여 다음 매크로블록의 검색에 대비하여 변수 Cut-frac가 갱신된다. 단계 74에서 xs-frac가 Cut-frac 보다 크다면 추가의 반복 과정이 초기화된다. β는 (예킨대, 0.1과 같이 소정량만큼) 증분되고(단계 75), 매크로블록 어드레스는 프레임의 제1 매크로블록으로 리셋되며(단계 76), α는 1로 리셋된다.
각 양자화 반복 과정동안 데이타의 프레임이 재인코딩될 필요는 없다. 이 계산에 필요한 유일한 데이타는 제1 인코딩 경로로부터의 매크로블록 데이타인데, 이 데이타는 기억 소자(26)에 저장된다. 그러나, 추가의 기억 소자(26)가 요구되지 않을 수 있고 시간 및 전력 제한이 맞다면 각 반복과정에서 모든 데이타를 재인코딩할 수 있다.
실제 양자화 처리 과정은 제7도에서 명백해진다. 제7도에서 블록(83)은 소정매크로블록으로부터의 계수 데이타의 블록을 표시한다. 각 계수(cj)(예킨대, 이산 코사인 변환 계수에 해당함)는 증가 지수(i)에 따르는 것과 같이 소정 순서대로 배열된다. 도면부호 80으로 표시된 블록은 양자화값(qi)의 매트릭스를 나타낸다. 이 양자화 값은 이미지 재생에 있어서 각각 덜 중요하고 더 중요한 블록(83)내의 계수에 대해 더 크고 더 작은 양자화를 제공하도록 선택된다. 따라서, 계수(c1, c2, ‥·, c8 등)가 양자화 소자(81)에 적용되면 양자화 값(q1, q2,‥·, q8 등)이 동시에 액세스되고 적용되어 양자화가 수행된다. 그러나 양자화값 qi는 가변 스케일링 회로(82)를 경유하여 양자화 소자(81)에 간접적으로 인가된다. 각 양자화 값은 실행 양자화 메모리(84)에 저장된 가중 인자(weighting factor)로 스케일된다.
메모리(84)의 각 블록은 프레임의 특정 매크로블록에 적용될 양자화 인자에 해당된다. 고정 양자화에 대하여 메모리(84)는 특정 프레임 유형, 즉, QI, QP또는 QB에 관한 범용 양자화 인자와 동일한 값으로 로드된다. 메모리(84)의 블록내 Q는 범용 양자화 인자를 표시한다. X는 상기 양자화 적응 처리에서 야기되는 갱신된 양자화 인자를 표시한다. 이 갱신된 값들은 제3도의 단계 77에서 메모리(84)에 기입된다.
계수의 블록(83)이 양자화 소자(81)에 인가됨에 따라, 메모리(84)의 해당 양자화 인자는 스케일링 회로(82)에 적용되어 양자화 값 Qj(qi) 또는 X(qi)를 생성하는데, 이 값들은 양자화 소자(81)에 인가된다. 양자화 소자(81)는 다음 식에 따라 각계수를 양자화하는 형태의 것일 수 있다.
여기서 QCi는 양자화된 계수이고, Xqi는 스케일링 회로(82)에서 공급되는 양자화 값을 표시하며, 별표(*)는 곱셈을 나타내고, //는 상호 나눗셈을 지시한다.
상기한 바와 같이 변수(xs-frac)는 프레임 단위로 변경 즉 갱신되었다. 이 변수는 슬라이스 또는 W 매크로블록처럼 더 작은 단위로 갱신될 수 있다.
간략화된 적응 양자화 시스템의 흐름도가 제8도에 예시되어 있다. 이 시스템에서 임계값(ThVn)은 매크로블록 단위보다는 프레임 단위로 변경된다. 프레임 단위의 임계값 변경에는 초기 임계값의 더욱 정확한 추정이 요구되지만 더욱 균일한 이미지 특성이 제공된다. 제8도의 시스템에는 식(8) 및 (10)에서 정해지는 변수의 계산을 필요로 하지 않는다. 이 경우 α는 반복될 때마다 일정 상수만큼 감분된다. 제8도에서 BITS-CUT의 값은 다음과 같이 주어진다 :
여기서 bits-cut (i)는 특정 매크로블록이 초기 인코딩 경로로부터 감소되는 비트의 갯수이다.
본 발명의 주요 특징은 각 프레임의 특정 블록(매크로블록)에서만 적응 양자화가 수행되는 점이다. 그러한 블록은 각 프레임내 평균 블록보다 더 많은 양의 세부 이미지를 포함하는 블록이다. 이러한 "더 활동적인" 블록의 적응 양자화는 이미지 특성에 가장 적게 악영향을 미치므로, 주 이미지 특성이 상기 처리 과정에 의해 실질적으로 영향을 받지는 않는다.
현재, 압축 비디오 데이타에 대한 충분한 통계를 본 발명자가 입수하지 못하였으므로 본 발명이 최적의 것은 아니다. 그러한 통계가 입수되면, 각 매크로블록의 데이타량에 관한 임계값 함수가 정해질 것이 유력하므로, 고정 양자화로 제1 압축 경로동안 발생되는 데이타로부터 양자화 인자 결정이 가능해질 것이다.
제1도 및 제2도는 본 발명에 따른 양자화 장치를 포함한 선택적인 비디오 신호 압축 시스템의 블록도.
제3도는 제2도에 도시된 전방향 분석기의 동작을 설명하는 흐름도.
제4도, 제5도 및 제6도는 프레임내 처리, 전방향 프레임간 처리 및 양방향 프레임간 처리에 따라 각각 압축된 비디오 신호의 프레임의 양자화 값을 표시하는 각각의 표.
제7도는 양자화 시스템의 모식도.
제8도는 임계값이 프레임/필드 단위로 변경되는 적응 양자화 시스템의 흐름도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10 : 버스
13 : DCT 프로세서
14 : 양자화 소자
15 : 실행 길이 및 가변 길이 인코더
16 : 역양자화 소자
17 : 역 DCT 소자
19 : 예측기
20 : 움직임 보상장치
21 : 시스템 제어기
22 : 포맷터
25 : 전방향 분석기
26 : 기억 소자
27 : 프로세서
28 : 카운터

Claims (5)

  1. 양자화 인자에 응답하여 비디오 신호를 한 블록씩 양자화하는 양자화기를 포함하고 블록으로 나누어진 비디오 신호를 압축하는 장치에 있어서,
    분석기로서,
    a) 제1의 미리 정해진 양자화 인자를 이용하여 압축될 때 각 블록에 대한 압축 데이타의 크기를 결정하고,
    b) 복수개의 상기 블록에 대한 압축 데이타의 평균 크기에 관한 임계값을 결정하며,
    c) 상기 임계값보다 더 큰 크기 및 더 작은 크기를 갖는 블록들을 결정하고,
    d) 상기 미리 정해진 인자보다 더 거친 양자화를 실행하는 추가의 양자화 인자를 결정하는
    회로를 가진 분석기(25)를 포함하고,
    양자화기 (14)는,
    a) 상기 미리 정해진 양자화 인자에 응답하여 각종 비트 레이트로 압축된 데이타를 발생하도록 상기 임계값 이하의 크기를 갖는 블록들을 양자화하고,
    b) 상기 추가의 양자화 인자에 응답하여 상기 임계값 이상의 크기를 갖는 모든 블록들을 양자화하는 것
    임을 특징으로 하는 비디오 신호 압축 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 양자화기(25)는 복수 블록들의 압축된 데이타의 목표 크기와 상기 복수 블록들의 압축된 데이타의 실제 크기 사이의 차의 함수로서 상기 추가의 양자화 인자를 적응적으로 결정하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 압축장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 분석기(25)는 다수의 단계에서 상기 추가의 양자화 인자를 적응적으로 반복하여 결정하고, 각 블록의 각각의 추가의 양자화 인자들은 상기 실제의 크기가 상기 목표 크기보다 작거나 같게 될 때까지 연속 단계에서 증가되는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 압축 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 양자화기(14)는 양자화 값의 매트릭스의 소스와, 가중회로와, 승수로써의 상기 양자화 인자 및 피승수로써의 상기 매트릭스 양자화 값을 상기 가중회로에 인가하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 압축 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 분석기(25)는 연속되는 블록에 대하여 상기 임계값을 결정하는 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 압축 장치.
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