KR100351568B1 - Apparatus and method for high compression to consider edge direction of motion compensated prediction - Google Patents

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Abstract

본 발명은 움직임 보상 예측 블록의 경계 방향성을 고려한 고압축 장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것으로, 이러한 본 발명은 움직임 보상 예측 블록과, DCT 블록과 양자화 블록을 포함하여 구성된 비디오 부호화기에 있어서, 상기 움직임 보상 예측 블록에서 출력되는 신호에서 경계 방향성의 특성을 찾고, 찾은 경계선을 중심으로 차이값을 구하는 경계선 점검부와; 상기 경계선 점검부에서 구한 차이값으로 보상하여 새로운 움직임 보상 예측값을 구하는 보상 예측부와; 상기 경계선 점검부의 출력을 이용하여 상기 보상 예측부에서 출력되어 상기 DCT 블록과 상기 양자화 블록을 통과한 신호에 대해 DCT 계수들의 스캔을 수행하는 스캔부를 포함하여 구성함으로써, 표준 영상 압축 방식인 H.263+에서 움직임 보상 예측 블록을 이용하여 움직임 보상 예측 오류 블록을 개선하고 스캐닝 방법을 효과적으로 선택하여 압축 데이터를 감소시킬 수 있게 되는 것이다.The present invention is to provide a high compression device and a method thereof in consideration of the boundary direction of the motion compensation prediction block, the present invention is a video encoder comprising a motion compensation prediction block, a DCT block and a quantization block, the motion compensation A boundary line checker which finds a characteristic of boundary direction in the signal output from the prediction block and obtains a difference value based on the found boundary line; A compensation prediction unit obtaining a new motion compensation prediction value by compensating with the difference value obtained by the boundary checker; H.263, which is a standard image compression method, by including a scan unit configured to scan DCT coefficients of a signal output from the compensation predictor and passed through the DCT block and the quantization block by using the output of the boundary checker. The motion compensation prediction block can be used in + to improve the motion compensation prediction error block and reduce the compressed data by effectively selecting a scanning method.

Description

움직임 보상 예측 블록의 경계 방향성을 고려한 고압축 장치 및 그 방법{Apparatus and method for high compression to consider edge direction of motion compensated prediction}Apparatus and method for high compression to consider edge direction of motion compensated prediction

본 발명은 움직임 보상 예측 블록의 경계 방향성을 고려한 고압축 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 표준 영상 압축 방식인 H.263+에서 움직임 보상 예측 블록을 이용하여 움직임 보상 예측 오류 블록을 개선하고 스캐닝 방법을 효과적으로 선택하여 압축 데이터를 감소시키기에 적당하도록 한 움직임 보상 예측 블록의 경계 방향성을 고려한 고압축 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a high compression device and a method thereof considering the boundary direction of a motion compensation prediction block. In particular, a motion compensation prediction error block is improved by using a motion compensation prediction block in H.263 +, a standard video compression method, and a scanning method is provided. The present invention relates to a high compression device and a method thereof in consideration of the boundary directionality of a motion compensation prediction block suitable for effectively selecting and reducing compressed data.

일반적으로 80년대에 종합정보통신망(ISDN)이 ITU-T(구 CCITT)에 의해 표준화되면서 그 응용으로 ISDN망을 이용한 화상전화를 생각하게 되었다. 이 화상전화기(H.320 터미널)는 가정에서 ISDN망에 연결하는 기본 인터페이스(64Kbps 채널 둘과 16Kbps 채널 하나)나 사무실에서 사용하는 일차군 인터페이스(64Kbps 채널 최대 30개)를 대상으로 하므로 P×64Kbps(P=1~30)의 비트율을 갖는다. 이 때의 동영상 압축을 위한 국제 규격이 H.261이다.In general, as ISDN was standardized by ITU-T (formerly CCITT) in the 80s, video telephony using ISDN network was considered. This videophone (H.320 terminal) is targeted at the primary interface (two 64 Kbps channels and one 16 Kbps channel) to the ISDN network in the home, or the primary group interface (up to 30 64 Kbps channels) used in the office. It has a bit rate of (P = 1 to 30). The international standard for video compression at this time is H.261.

90년대 초에는 미국의 ATT, MCI 등의 통신회사들이 전화망을 이용하는 화상전화기를 개발해 보급에 나섰다. 그러나 통신기기는 속성상 호환성이 매우 중요한데, 이 화상전화기들 간에는 호환성이 없었다. MPEG4는 본래 이 수요를 충족시키기 위해 시작되었으나, 차츰 그 범위가 확장되어 결국 멀티미디어데이터베이스 액세스나 무선 멀티미디어 통신을 주목적으로 하게 되었고 표준화도 수행하였다.In the early 90s, telecommunication companies such as ATT and MCI in the United States developed and distributed video telephones using telephone networks. However, the compatibility of communication devices is very important in nature, and there was no compatibility between these video phones. MPEG4 was originally started to meet this demand, but gradually expanded its scope, and eventually focused on multimedia database access and wireless multimedia communications.

이러한 배경을 바탕으로 ITU-T SG15에서는 전화망을 이용, 64Kbps 이내에서 동작하는 화상전화기의 국제 표준규격을 만들었다. 단기간에 완성하는 것을 목표로 했기 때문에 MPEG4 처럼 새로운 알고리듬을 수용하기보다는 H.320 화상전화기를 개알고리듬을 방향으로 나아갔는데, 이것이 바로 H.324 터미널이다.Based on this background, ITU-T SG15 has developed international standard for video telephones operating within 64Kbps using telephone network. Because it aimed to complete in a short period of time, rather than accepting a new algorithm like MPEG4, it moved toward the H.320 videophone with the dog algorithm. This is the H.324 terminal.

H.324 화상전화기는 V.34 모뎀(전화선용 모뎀으로는 최고속으로 전송속도는 28.8Kbps)을 통해 전화망에 접속되며, 동영상의 압축은 H.261을 상당부분 개선한 H.263을 이용하고 음성의 압축은 CELP 방식인 G.723을 이용한다.The H.324 videophone is connected to the telephone network via a V.34 modem (up to 28.8Kbps at the highest speed for a telephone line modem), and video compression uses H.263, a significant improvement over H.261. Voice compression uses GLP, CELP.

H.263에 있어 H.261에 비해 개선된 부분을 정리하면 다음과 같다. 우선 각매크로 블록의 움직임 벡터를 부호화하는 데 있어서 이웃하는 매크로 블록의 움직임 벡터와 상관도가 높음을 감안해 세 벡터의 중간값을 취하는 보다 효율적인 방법을 사용하고 있다. 이 방법으로 약 10%의 데이터 감축이 얻어진다. 또한 한 매크로 블록 내에서 움직임을 세분화하는 블록별 움직임 추정이 가능하다.The improvement of H.263 over H.261 is as follows. First, in order to encode a motion vector of each macro block, a more efficient method of taking the median of three vectors is used in consideration of high correlation with neighboring macro blocks. In this way, a data reduction of about 10% is obtained. In addition, motion estimation for each block that subdivides motions within one macroblock is possible.

DCT 변환계수의 효율적 양자화를 위해 양자화기를 개선해 약 3%의 데이터 절약을 얻고, 또한 양자화된 변환계수들의 가변장 부호화는 H.261, JPEG, MPEG1, MPEG2의 2차원 부호를 개선해 화면내/화면간 정보까지를 고려한 3차원 부호를 사용한다. 여기서 약 5% 정도의 데이터를 절약할 수 있다.For efficient quantization of the DCT transform coefficients, the quantizer is improved to save about 3% of data, and the variable length encoding of the quantized transform coefficients improves the two-dimensional code of H.261, JPEG, MPEG1, and MPEG2 to improve the in-screen and inter-screen. Use 3D code considering information. You can save about 5% of your data here.

비트열의 구문(synta.)에 있어서도 기존의 H.261보다 크게 단순화해 순수한 정보 비트 이외의 오버헤드를 줄이고 있다.The syntax of bit strings is also greatly simplified compared to H.261 to reduce the overhead of pure information bits.

이밖에 성능향상을 가져오지만 복잡하여 사용여부를 옵션으로 남겨둔 기술로구문기반 적응산술부호화와 PB프레임이 있다. 구문기반 적응산술 부호화는 복잡하지만 5~14%의 절약을 가져온다. PB프레임은 다른 기법이 비트 절약을 위한 기법인데 비해 비트를 약간 더 허용하면서 초당 프레임 수를 배로 늘릴 수 있어 시각적으로 훨씬 더 안정되고 부드러운 동화상을 얻을 수 있다.In addition, it is a syntax-based adaptive arithmetic encoding and PB frame, which has improved performance but is complicated and left as an option. Syntax-based adaptive arithmetic coding is complex but saves 5-14%. PB frames can double the number of frames per second while allowing slightly more bits than other techniques to save bits, resulting in a much more stable and smooth video visually.

이상의 여러 요소들을 가지고 있는 H.263은 성능이 매우 뛰어난 알고리듬으로 최근의 MPEG4 화질 평가에서도 제안된 방식들의 성능을 평가하기 위한 기준 알고리듬으로 사용되었다.H.263, which has many factors above, is a very high performance algorithm and has been used as a reference algorithm for evaluating the performance of the proposed methods in the recent MPEG4 image quality evaluation.

한편 도 1은 종래 비디오 부호화기의 블록구성도이고, 도 2는 도 1에서 움직임 추정을 보인 도면이며, 도 3은 도 1에서 움직임 벡터, 예측 및 예측 오류 매크로 블록간의 관계를 보인 도면이고, 도 4는 도 1에서 지그재그 스캐닝을 보인 도면이다.1 is a block diagram of a conventional video encoder, FIG. 2 is a diagram showing motion estimation in FIG. 1, FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a motion vector, a prediction and a prediction error macroblock in FIG. 1 illustrates zigzag scanning in FIG. 1.

여기서 참조번호 1은 입력된 비디오 신호와 움직임 보상 예측된 신호를 더하는 제 1 결합 블록이고, 2는 상기 제 1 결합 블록(1)에서 더해진 신호를 DCT(Discrete Cosine Transform, 이산 코사인 변환)하는 DCT 블록이며, 3은 상기 DCT 블록(2)의 신호를 양자화하는 양자화 블록이며, 4는 상기 양자화 블록(3)에서 양자화된 신호를 역양자화하는 역양자화 블록이고, 5는 상기 역양자화 블록(4)에서 역양자화된 신호를 역이산코사인변환하는 IDCT(Inverse discrete Cosine Transform) 블록이다.Here, reference numeral 1 denotes a first combining block that adds an input video signal and a motion compensation predicted signal, and 2 denotes a DCT block that performs a discrete cosine transform (DCT) on the signal added in the first combining block 1. 3 is a quantization block for quantizing the signal of the DCT block 2, 4 is an inverse quantization block for inverse quantization of the signal quantized in the quantization block 3, and 5 is in the inverse quantization block 4 An inverse discrete cosine transform (IDCT) block for inverse discrete cosine transforming an inverse quantized signal.

또한 참조번호 6은 상기 IDCT 블록(5)과 움직임 보상 예측 블록(8)의 신호를 결합하는 제 2 결합 블록이고, 7은 입력된 비디오 신호에서 움직임을 추정하는 움직임 추정 블록이며, 8은 상기 움직임 추정 블록(7)의 움직임 추정값에 따라 상기 제 2 결합 블록(6)에서 결합된 신호에 대해 움직임 보상 예측을 수행하여 상기 제 1 및 제 2 결합 블록(1)(6)으로 출력하는 움직임 보상 예측 블록이다.Also, reference numeral 6 is a second combining block for combining the signals of the IDCT block 5 and the motion compensation prediction block 8, 7 is a motion estimation block for estimating motion in the input video signal, and 8 is the motion. A motion compensation prediction is performed on the signals combined in the second combining block 6 and output to the first and second combining blocks 1 and 6 according to the motion estimation value of the estimation block 7. Block.

더불어 참조번호 9는 상기 양자화 블록(3)의 출력 신호에 대해 지그재그 스캐닝을 수행하는 지그재그 스캐닝 블록이고, 10은 상기 지그재그 스캐닝 블록(9)의 신호에 대해 가변 길이 코드화를 수행하는 VLC(Variable Length Coding) 블록이며, 11은 상기 VLC 블록(10)의 신호를 저장하여 상기 양자화 블록(3)으로 전송하고, 압축된 비디오 신호를 출력하는 버퍼 블록이다.In addition, reference numeral 9 is a zigzag scanning block that performs zigzag scanning on the output signal of the quantization block 3, and 10 is a variable length coding that performs variable length coding on the signal of the zigzag scanning block 9. Block 11 stores a signal of the VLC block 10, transmits the signal to the quantization block 3, and outputs a compressed video signal.

그래서 각각의 입력 비디오 프레임은 16 x 16의 화소 면적을 가진 매크로 블록(macro block)으로 나누어 처리된다. 모든 매크로 블록은 복구된 이전 프레임을 참조(reference) 프레임으로 하여 움직임 추정(motion estimation)의 과정에 사용된다. 움직임 추정이라는 것은 도 2에서 보는 바와 같이 참조 프레임의 어떤 일정한 영역을 나타내는 탐색 창(search window) 안에서 현재 매크로 블록과 가장 비슷한 영역을 찾아내는 것이다. 그래서 현재 매크로 블록은 이전 프레임에서 같은 위치에 있는 그 매크로 블록의 이동이며 매크로 블록 속의 각 화소들 역시 같은 양 만큼 이동한다는 가정 아래에서 이루어진다. 움직임 추정에 사용되는 가장 일반적인 정합 기준(matching criterion)은 MAE(mean absolute error)이며, 이는 다음의 수학식 1과 같이 표현된다.Thus, each input video frame is divided into macro blocks having a pixel area of 16 x 16 and processed. All macro blocks are used in the process of motion estimation using the recovered previous frame as a reference frame. The motion estimation is to find the area most similar to the current macro block in a search window representing a certain area of the reference frame as shown in FIG. 2. Thus, the current macro block is a movement of the macro block at the same position in the previous frame and is made under the assumption that each pixel in the macro block also moves by the same amount. The most common matching criterion used for motion estimation is a mean absolute error (MAE), which is expressed by Equation 1 below.

여기서 (i, j)는 움직임 벡터(motion vector)로써 각각의 범위를 가지며 [-p, p]는 탐색 창의 범위이다. M, N은 매크로 블록의 크기로써 16의 값을 가지고, k, l은 매크로 블록에서의 화소 위치를 나타내고, x, y는 프레임에서의 매크로 블록 위치를 나타낸다. 또한 C(x+k, y+l)은 원 프레임에서 현재 매크로 블록 내의 화소 위치를 나타내고, R(x+k+i, y+l+j)은 참조 프레임에서 탐색 창 내의 화소 위치를 나타낸다. 그래서 현재 매크로 블록과 가장 비슷한 영역은 MMAE(minimum mean absolute error)를 가지는 참조 프레임의 탐색 창 안의 영역이다.Where (i, j) are motion vectors [-P, p] is the range of the search window. M and N have a value of 16 as the size of the macro block, k and l represent pixel positions in the macro block, and x and y represent macro block positions in the frame. In addition, C (x + k, y + l) represents the pixel position in the current macro block in the original frame, and R (x + k + i, y + l + j) represents the pixel position in the search window in the reference frame. Thus, the area most similar to the current macro block is the area within the search window of the reference frame with minimum mean absolute error (MMAE).

그리고 움직임 추정을 통해 현재 매크로 블록과 가장 비슷한 블록인 예측 매크로 블록을 찾아내는 과정을 움직임 보상 예측이라고 한다. 복호기에서 수행되어야 할 이 과정을 부호화기에서 하는 이유는 현재 매크로 블록과 예측 매크로 블록의 차이인 예측 오류(prediction error) 매크로 블록을 움직임 벡터와 함께 부호화해야 하기 때문이다. 움직임 벡터, 예측 매크로 블록, 예측 오류 매크로 블록의 관계를 이해하기 쉽도록 간단하게 정리하면 도 3과 같다.The process of finding the predictive macroblock, the block most similar to the current macroblock through motion estimation, is called motion compensated prediction. The reason for this process to be performed in the decoder in the encoder is that a prediction error macroblock, which is the difference between the current macroblock and the predictive macroblock, must be coded together with the motion vector. 3 is briefly arranged to facilitate understanding of the relationship between the motion vector, the prediction macro block, and the prediction error macro block.

예측 오류 매크로 블록을 부호화하기 위해서는 16x16 매크로 블록을 8x8 블록들로 분리한 후 DCT를 사용하여 주파수 영역으로 변환한다. DCT는 화소들의 공간적 중복성을 줄이기 위한 목적으로 사용되는 것으로 에너지 조밀성(energycompaction)에 있어서 다른 변환들보다 더욱 좋은 성능을 가지고 있으며, 이는 다음의 수학식 2와 같다.To encode a prediction error macroblock, the 16x16 macroblock is divided into 8x8 blocks, and then transformed into a frequency domain using DCT. DCT is used to reduce spatial redundancy of pixels and has better performance than other transforms in energy compaction, which is expressed by Equation 2 below.

여기서, Cm,n은 2차원 8x8 DCT 계수이며, m, n은 8x8 2차원 블록에서 계수의 위치이다. m, n=0에 대해서는이고,에 대해서는이다. Bi,j는 DCT 하기 전 8x8 블록 내의 화소 값이며, i, j는 블록에서 화소의 위치이다. 원 8x8 블록의 화소 값들은 8x8 IDCT를 나타내는 다음의 수학식 3을 사용하여 복구될 수 있다.Where Cm, n is a two-dimensional 8x8 DCT coefficient and m, n is the position of the coefficient in the 8x8 two-dimensional block. for m, n = 0 ego, About to be. Bi, j are pixel values in an 8x8 block before DCT, and i, j are pixel positions in the block. The pixel values of the original 8x8 block can be recovered using the following equation 3 representing 8x8 IDCT.

DCT가 수행된 후 DCT 계수들은 양자화되어 지는데, 양자화 값의 결정은 인간의 시각이 영상을 볼 때는 고주파보다는 저주파 영역에 더욱 민감하다는 특성을 고려하여 결정되어진다. 그래서 밝기 또는 색의 느린 변화는 눈에 잘 띄는 반면에 빠른 변화는 인식하지 못하거나 무시되어 버리는 점을 그 예로 들 수 있다. 여기서 양자화 수식은 다음의 수학식 4와 같다.After DCT is performed, the DCT coefficients are quantized. The determination of the quantization value is made in consideration of the characteristic that human vision is more sensitive to low frequency region than high frequency when viewing an image. For example, slow changes in brightness or color are noticeable while fast changes are not recognized or ignored. Here, the quantization equation is as shown in Equation 4 below.

여기서,는 양자화된 결과 값으로써 q는 양자화되었다는 것을 표시하고, m, n은 8x8 블록에서 DCT 계수의 위치이다. 또한 Cm,n은 양자화되기 전의 DCT 계수이고, Qm,n은 양자화 값이다.here, Is a quantized result indicating that q is quantized and m, n are the positions of the DCT coefficients in the 8x8 block. In addition, Cm, n is a DCT coefficient before quantization, and Qm, n is a quantization value.

이렇게 양자화를 하는 이유는 영(zero)이 되지 않고 남아있는 작은 값의 DCT 계수들을 영으로 만드는 효과와 양자화 된 계수들의 분산(variance)이 원 DCT 계수들의 분산보다 줄어드는 효과를 통해 보다 효율적인 부호화 결과를 산출하기 위해서이다.The reason for this quantization is to produce more efficient encoding results through the effect of zeroing the remaining small DCT coefficients that are not zero and the variance of the quantized coefficients less than the variance of the original DCT coefficients. To calculate.

양자화 된 DCT 계수들은 도 4에 있는 지그재그 스캐닝의 순서에 따라 2차원에서 1차원으로, 저주파에서 고주파의 순서로 재배열 되어진다. 이미 많은 고주파 성분의 DCT 계수들이 영으로 양자화 되었기 때문에 이 1차원 배열의 뒤쪽 부분은 영의 값들로 이루어지게 된다. 따라서 마지막으로 영이 아닌 값이 나온 후에는 EOB(end-of-block) 기호를 사용하여 이제부터 영의 값을 가진다는 것을 알려주게 된다.The quantized DCT coefficients are rearranged in 2D to 1D and in the order of low to high frequencies according to the zigzag scanning sequence in FIG. 4. Since the DCT coefficients of many high frequency components have already been quantized to zero, the rear part of this one-dimensional array consists of zero values. Therefore, after the last nonzero value, the end-of-block (EOB) symbol is used to indicate that it now has a zero value.

지그재그 스캐닝 다음으로 VLC(Variable Length Coding)를 하게 되는데 이것은 DCT 계수들이 DCT 전과는 달리 발생확률에 큰 편중을 가지게 되는 성질을 이용한 것으로 발생확률이 높은 값에 길이가 짧은 부호를 할당하고 발생확률이 낮은 값에 긴 부호를 할당하여 평균부호길이를 줄이는 것이다.Next to zigzag scanning, variable length coding (VLC) is used. This is because DCT coefficients have a large bias in occurrence probability unlike before DCT. Shorter codes are assigned to higher occurrence probability values and lower probability of occurrence. The average sign length is reduced by assigning a long sign to the value.

VLC가 끝난 후 압축 된 영상의 비트 율(bit rate)을 조사해 보면 프레임마다 다른 비트 율을 가지는 것을 알 수 있으며, 어떤 경우에는 채널의 대역폭(bandwidth)을 초과할 가능성도 있기 때문에 이런 경우를 방지하기 위하여버퍼(buffer)를 사용한다. 버퍼가 한도에 도달하게 되면 비트 율을 감소시키기 위하여 해당 프레임을 뛰어 넘거나 양자화 값을 증가 시켜서 더 많은 DCT 계수가 영이 되도록 한다.Examining the bit rate of the compressed video after the VLC is over, it can be seen that the frame has a different bit rate, and in some cases the channel bandwidth may be exceeded to prevent this. Use a buffer to do this. When the buffer reaches its limit, more DCT coefficients become zero by jumping over the frame or increasing the quantization value to reduce the bit rate.

앞에서 움직임 추정을 하기 위해서 이전 복구 프레임을 참조 프레임으로 사용한다고 했는데, 여기서 이전 복구 프레임은 DCT 계수의 양자화 이후에 역양자화, 역 DCT를 통해 복구한 예측 오류 프레임과 움직임 보상 예측 프레임을 합하여 만들어지는 것이다.Previously, the previous recovery frame is used as a reference frame for motion estimation, where the previous recovery frame is generated by combining the motion compensation prediction frame and the prediction error frame recovered through inverse quantization and inverse DCT after quantization of the DCT coefficients. .

이처럼 H.263+에서는 8x8블록 단위의 움직임 보상 예측 오류 블록에 대하여 DCT 및 양자화를 한 후 그 계수들을 지그재그 스캐닝을 사용해서 재배열하고 있다.As such, in H.263 +, DCT and quantization are performed on 8x8 block motion compensated prediction error blocks, and the coefficients are rearranged using zigzag scanning.

그러나, 종래의 기술에 의할 경우, 도 6에서 (a)의 DCT 계수들의 분포와는 달리 (b), (c)에 있는 계수들의 분포는 지그재그 스캐닝에 적합하지 않은 배열인 것을 알 수 있다. 만약 DCT 계수의 분포를 직접 조사한다면, 수직, 수평, 대각선, 지그재그 스캐닝 등의 여러 가지 스캐닝 방법 중에서 가장 적절한 것을 선택하게 할 수도 있으나, 스캐닝 방법의 선택에 따른 추가적인 정보를 복호기에 전송해야 하는 문제점이 발생하게 된다.However, according to the related art, unlike the distribution of the DCT coefficients of (a) in FIG. 6, it can be seen that the distribution of the coefficients in (b) and (c) is an arrangement not suitable for zigzag scanning. If you directly examine the distribution of DCT coefficients, you may choose the most appropriate one among various scanning methods such as vertical, horizontal, diagonal, and zigzag scanning. However, there is a problem of transmitting additional information to the decoder according to the selection of the scanning method. Will occur.

또한 종래의 기술에 의할 경우, 동영상에서는 주로 에지 부분에서 움직임이 발생하기 때문에 결과적으로 움직임 보상 예측 오류 역시 그러한 에지 부분에서 나타나게 된다. 따라서 이러한 오류들이 전송하는 데이터의 대부분을 차지하기 때문에 종래의 기술에 의해서는 전송데이터의 용량이 증가하게 되는 문제점도 있었다.In addition, according to the related art, since the motion is mainly generated at the edge part in the video, the motion compensation prediction error also appears at the edge part. Therefore, since these errors occupy most of the data to be transmitted, there is a problem that the capacity of the transmission data increases according to the conventional technology.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 표준 영상 압축 방식인 H.263+에서 움직임 보상 예측 블록을 이용하여 움직임 보상 예측 오류 블록을 개선하고 스캐닝 방법을 효과적으로 선택하여 압축 데이터를 감소시킬 수 있는 움직임 보상 예측 블록의 경계 방향성을 고려한 고압축 장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.Accordingly, the present invention has been proposed to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to improve and scan a motion compensated prediction error block using a motion compensated prediction block in H.263 +, which is a standard video compression method. The present invention provides a high-compression apparatus and method that consider boundary boundaries of a motion compensation prediction block capable of effectively selecting a method and reducing compressed data.

도 1은 종래 비디오 부호화기의 블록구성도이고,1 is a block diagram of a conventional video encoder,

도 2는 도 1에서 움직임 추정을 보인 도면이며,2 is a diagram illustrating motion estimation in FIG. 1,

도 3은 도 1에서 움직임 벡터, 예측 및 예측 오류 매크로 블록간의 관계를 보인 도면이고,3 is a diagram illustrating a relationship between a motion vector, a prediction, and a prediction error macroblock in FIG. 1,

도 4는 도 1에서 지그재그 스캐닝을 보인 도면이며,4 is a diagram illustrating zigzag scanning in FIG. 1;

도 5는 본 발명에 의한 움직임 보상 예측 블록의 경계 방향성을 고려한 고압축 장치의 블록구성도이고,5 is a block diagram of a high compression device in consideration of the boundary direction of a motion compensation prediction block according to the present invention;

도 6은 도 5에서 움직임 보상 예측 블록, 움직임 보상 예측 오류 블록, 양자화된 DCT 계수들의 관계를 보인 도면이며,FIG. 6 is a diagram illustrating a relationship between a motion compensation prediction block, a motion compensation prediction error block, and quantized DCT coefficients in FIG. 5.

도 7은 도 5에서 움직임 보상 예측 블록의 직선 에지 부분에 대한 보상을 보인 도면이고,FIG. 7 is a diagram illustrating compensation for a straight edge portion of the motion compensation prediction block in FIG. 5,

도 8은 본 발명에 의한 움직임 보상 예측 블록의 경계 방향성을 고려한 고압축 방법을 보인 흐름도이며,8 is a flowchart illustrating a high compression method considering the boundary direction of a motion compensation prediction block according to the present invention;

도 9는 도 8에서 제 4 단계를 상세히 보인 흐름도이고,9 is a flowchart illustrating a fourth step in detail in FIG. 8;

도 10은 도 9에서 제 5 단계를 상세히 보인 흐름도이며,10 is a flowchart illustrating a fifth step in detail in FIG. 9;

도 11은 도 9에서 제 7 단계를 상세히 보인 흐름도이고,FIG. 11 is a flowchart showing the seventh step in detail in FIG. 9;

도 12는 도 8에서 일정 각도에서 임의의 2차원 이산 함수의 투영을 보인 도면이며,12 is a view showing a projection of an arbitrary two-dimensional discrete function at an angle in FIG. 8,

도 13은 도 8에서 픽셀 각도를 이용한 직선 에지의 각도 측정을 보인 도면이고,FIG. 13 is a view illustrating angle measurement of straight edges using a pixel angle in FIG. 8;

도 14는 도 9에서 스캐닝시 수평 스캐닝 및 수직 스캐닝을 보인 도면이며,14 is a view showing horizontal scanning and vertical scanning when scanning in FIG. 9,

도 15는 도 14에 의해 수평 스캐닝이 선택된 블록들의 예를 보인 도면이고,FIG. 15 illustrates an example of blocks in which horizontal scanning is selected by FIG. 14;

도 16은 도 14에 의해 수직 스캐닝이 선택된 블록들의 예를 보인 도면이며,FIG. 16 illustrates an example of blocks in which vertical scanning is selected by FIG. 14;

도 17은 도 10에서 움직임 보상 예측 블록에서 보상될 직선 에지 값 예측을 보인 도면이고,FIG. 17 is a diagram illustrating a linear edge value prediction to be compensated for in the motion compensation prediction block in FIG. 10.

도 18은 도 10의 단계가 실제 영상에 적용된 예를 보인 도면이며,18 is a diagram illustrating an example in which the step of FIG. 10 is applied to an actual image.

도 19는 본 발명에 의한 실험결과를 종래 기술과 표로 비교한 도면이고,19 is a diagram comparing the experimental results according to the present invention with a table of the prior art,

도 20은 도 18의 실험결과를 종래 기술과 그래프로 비교한 도면이다.FIG. 20 is a graph comparing the experimental result of FIG. 18 with the prior art. FIG.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

21 : 제 1 결합 블록 22 : DCT 블록21: first coupling block 22: DCT block

23 : 양자화 블록 24 : 역양자화 블록23 quantization block 24 inverse quantization block

25 : IDCT 블록 26 : 제 2 결합 블록25: IDCT block 26: second combining block

27 : 움직임 추정 블록 28 : 움직임 보상 예측 블록27: motion estimation block 28: motion compensation prediction block

29 : 경계선 점검부 30 : 보상 예측부29: boundary check unit 30: compensation prediction unit

31 : 스캔부 32 : VLC 블록31: scan unit 32: VLC block

33 : 버퍼 블록33: buffer block

이하, 상기와 같은 본 발명, 움직임 보상 예측 블록의 경계 방향성을 고려한 고압축 장치 및 그 방법의 기술적 사상에 따른 일실시예를 첨부한 도면에 의거 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, an embodiment according to the present invention, a high-compression device considering the boundary direction of the motion compensation prediction block and the method according to the spirit of the present invention will be described.

먼저 본 발명에서는 움직임 보상 예측 오류 블록에 대한 DCT 계수들의 스캐닝 방법 선택과 움직임 보상 예측 블록의 직선 에지에 해당하는 예측 오류 값의 처리를 수행하게 된다.First, in the present invention, the scanning method of DCT coefficients for the motion compensation prediction error block is selected and the prediction error value corresponding to the straight edge of the motion compensation prediction block is performed.

그래서 움직임 보상 예측 오류 블록에 대한 DCT 계수들의 스캐닝 방법 선택의 경우, H.263+에서는 8x8블록 단위의 움직임 보상 예측 오류 블록에 대하여 DCT 및 양자화를 한 후 그 계수들을 지그재그 스캐닝을 사용해서 재배열하고 있는데, 도 6에서 (a)의 DCT 계수들의 분포와는 달리 (b), (c)에 있는 계수들의 분포는 지그재그 스캐닝에 적합하지 않은 배열인 것을 알 수 있다. 만약 DCT 계수의 분포를 직접 조사한다면, 수직, 수평, 대각선, 지그재그 스캐닝 등의 여러 가지 스캐닝 방법 중에서 가장 적절한 것을 선택하게 할 수도 있으나 스캐닝 방법의 선택에 따른 추가적인 정보를 복호기에 전송해야 하는 문제점이 발생하게 된다. 따라서 도 6의움직임 보상 예측 블록과 움직임 보상 예측 오류 블록을 살펴보면 블록의 주방향이 비슷하다는 것을 알 수 있으므로, 이러한 성질을 이용하여 움직임 보상 예측 블록으로부터 양자화된 DCT 계수들의 분포를 예측하여 적절한 스캐닝 방법을 선택할 수 있도록 한다.Therefore, in case of selecting the scanning method of DCT coefficients for the motion compensated prediction error block, in H.263 +, DCT and quantization are performed for the 8x8 block motion compensated prediction error block, and the coefficients are rearranged using zigzag scanning. 6, unlike the distribution of the DCT coefficients of (a), it can be seen that the distribution of the coefficients in (b) and (c) is not suitable for zigzag scanning. If you directly examine the distribution of DCT coefficients, you may choose the most suitable one among various scanning methods such as vertical, horizontal, diagonal, and zigzag scanning, but there is a problem of transmitting additional information to the decoder according to the selection of the scanning method. Done. Therefore, the motion compensation prediction block and the motion compensation prediction error block shown in FIG. 6 show that the main directions of the blocks are similar. Therefore, a suitable scanning method can be obtained by predicting the distribution of quantized DCT coefficients from the motion compensation prediction block using this property. Make a choice.

또한 움직임 보상 예측 블록의 직선 에지에 해당하는 예측 오류 값의 처리의 경우, 동영상에서는 주로 에지 부분에서 움직임이 발생하기 때문에 결과적으로 움직임 보상 예측 오류 역시 그러한 에지 부분에서 나타난다. 이러한 오류들이 전송하는 데이터의 대부분을 차지하기 때문에 이것들을 줄일 수 있다면 전송데이터의 상당부분을 감소시킬 수가 있다. 본 발명에서는 도 7에서 보는 바와 같이 그러한 움직임으로 인하여 움직임 보상 예측 블록과 현재 블록의 차이가 특히 직선 에지 부분에서 발생하였을 경우에 대하여 에지 주위의 값을 사용하여 그 값을 예측하고 예측된 값을 사용하여 움직임 보상 예측 오류 값을 줄이는 방법을 제안하는 것이다.Also, in the case of processing the prediction error value corresponding to the straight edge of the motion compensation prediction block, since the motion mainly occurs in the edge part in the video, the motion compensation prediction error also appears in such edge part as a result. Since these errors take up most of the data being transmitted, if you can reduce them, you can reduce a significant portion of the transmitted data. In the present invention, as shown in FIG. 7, the difference between the motion compensation prediction block and the current block due to such a motion is predicted by using the value around the edge, especially when the difference occurs in the straight edge portion. By reducing the motion compensation prediction error value is proposed.

도 5는 본 발명에 의한 움직임 보상 예측 블록의 경계 방향성을 고려한 고압축 장치의 블록구성도이다.5 is a block diagram of a high compression device in consideration of the boundary direction of the motion compensation prediction block according to the present invention.

이에 도시된 바와 같이, 움직임 보상 예측 블록(28)과, DCT 블록(22)과 양자화 블록(23)을 포함하여 구성된 비디오 부호화기에 있어서, 상기 움직임 보상 예측 블록(28)에서 출력되는 신호에서 경계 방향성의 특성을 찾고, 찾은 경계선을 중심으로 차이값을 구하는 경계선 점검부(29)와; 상기 경계선 점검부(29)에서 구한 차이값으로 보상하여 새로운 움직임 보상 예측값을 구하는 보상 예측부(30)와; 상기경계선 점검부(29)의 출력을 이용하여 상기 보상 예측부(30)에서 출력되어 상기 DCT 블록(22)과 상기 양자화 블록(23)을 통과한 신호에 대해 DCT 계수들의 스캔을 수행하는 스캔부(31)를 포함하여 구성된다.As shown here, in a video encoder including a motion compensation prediction block 28, a DCT block 22, and a quantization block 23, boundary directionality in a signal output from the motion compensation prediction block 28 is shown. A boundary check unit 29 for finding a characteristic of the circuit and obtaining a difference value based on the found boundary line; A compensation predictor (30) for obtaining a new motion compensation prediction value by compensating with the difference value obtained by the boundary checker (29); A scan unit configured to scan DCT coefficients of a signal output from the compensation predictor 30 and passed through the DCT block 22 and the quantization block 23 by using the output of the boundary line checker 29. It comprises a 31.

상기에서 경계선 점검부(29)는, 각도와 픽셀 값을 구하고, 구한 각도와 픽셀 값의 차이를 이용하여 픽셀의 각도를 구한다.In the above, the boundary checker 29 obtains the angle and the pixel value, and calculates the angle of the pixel using the difference between the obtained angle and the pixel value.

상기에서 보상 예측부(30)는, 차이값에 의해 구한 픽셀의 각도로 직선 에지의 각도를 구하여 새로운 보상 예측값을 구한다.In the above, the compensation predictor 30 obtains a new compensation prediction value by obtaining an angle of the straight edge using the pixel angle obtained by the difference value.

상기에서 스캔부(31)는, 예측 보상의 주방향에 따라 수평, 수직, 지그재그 스캐닝을 수행한다.The scan unit 31 performs horizontal, vertical and zigzag scanning according to the main direction of the prediction compensation.

또한 참조번호 21은 입력된 비디오 신호와 상기 보상 예측부(30)에서의 보상 예측값을 결합시키는 제 1 결합 블록이고, 22는 상기 제 1 결합 블록(21)에서 결합된 신호를 DCT하는 DCT 블록이며, 23은 상기 DCT 블록(22)의 신호를 양자화하는 양자화 블록이며, 24는 상기 양자화 블록(23)에서 양자화된 신호를 역양자화하는 역양자화 블록이고, 25는 상기 역양자화 블록(24)에서 역양자화된 신호를 역이산코사인변환하는 IDCT 블록이다.In addition, reference numeral 21 is a first combining block for combining the input video signal and the compensation prediction value in the compensation predicting unit 30, and 22 is a DCT block for DCT the combined signal in the first combining block 21. , 23 is a quantization block for quantizing the signal of the DCT block 22, 24 is an inverse quantization block for inverse quantization of the signal quantized in the quantization block 23, 25 is inverse in the inverse quantization block 24 An IDCT block for inverse discrete cosine transforming a quantized signal.

또한 참조번호 26은 상기 IDCT 블록(25)과 상기 보상 예측부(30)의 신호를 결합하는 제 2 결합 블록이고, 27은 입력된 비디오 신호에서 움직임을 추정하는 움직임 추정 블록이며, 28은 상기 움직임 추정 블록(27)의 움직임 추정값에 따라 상기 제 2 결합 블록(26)에서 결합된 신호에 대해 움직임 보상 예측을 수행하여 상기 경계선 점검부(29)로 출력하는 움직임 보상 예측 블록이다.In addition, reference numeral 26 is a second combining block for combining the signals of the IDCT block 25 and the compensation predictor 30, 27 is a motion estimation block for estimating motion in the input video signal, and 28 is the motion. The motion compensation prediction block performs motion compensation prediction on the signal coupled by the second combining block 26 according to the motion estimation value of the estimation block 27 and outputs the motion compensation prediction block to the boundary checker 29.

또한 참조번호 32는 상기 스캔부(31)의 출력 신호에 대해 가변 길이 코드화를 수행하는 VLC 블록이며, 33은 상기 VLC 블록(32)의 신호를 저장하여 상기 양자화 블록(23)으로 전송하고, 압축된 비디오 신호를 출력하는 버퍼 블록이다.Also, reference numeral 32 denotes a VLC block that performs variable length coding on the output signal of the scan unit 31, 33 stores the signal of the VLC block 32, transmits the signal to the quantization block 23, and compresses the signal. The buffer block outputs the video signal.

도 8은 본 발명에 의한 움직임 보상 예측 블록의 경계 방향성을 고려한 고압축 방법을 보인 흐름도이다.8 is a flowchart illustrating a high compression method in consideration of the boundary direction of a motion compensation prediction block according to the present invention.

이에 도시된 바와 같이, 움직임 보상 예측 블록(28)의 출력에서 경계 방향성의 특성을 찾는 제 1 단계(ST11)와; 상기 제 1 단계에서 찾은 경계 방향성에 의한 경계선을 중심으로 차이값을 구하는 제 2 단계(ST12)와; 상기 제 2 단계의 차이값으로 움직임 보상 예측 값을 보상하여 새로운 보상 예측값을 구하는 제 3 단계(ST13)와; 상기 경계 방향성을 이용하여 데이터를 압축하는 제 4 단계(ST14)를 포함하여 수행한다.As shown therein, a first step ST11 of finding a characteristic of boundary directionality at the output of the motion compensation prediction block 28; A second step (ST12) of obtaining a difference value around the boundary line due to the boundary directionality found in the first step; A third step (ST13) of obtaining a new compensation prediction value by compensating for the motion compensation prediction value using the difference value of the second step; And a fourth step ST14 of compressing data using the boundary directionality.

도 9는 도 8에서 제 4 단계를 상세히 보인 흐름도이다.9 is a flowchart illustrating a fourth step in detail in FIG. 8.

이에 도시된 바와 같이, 상기 경계 방향성에 의해 직선에지를 갖는 보상 예측 영상을 이용하여 보상 예측의 오류값을 줄이고, 역양자화 식을 변형하는 제 5 단계(ST21)와; 상기 제 5 단계 수행 후 DCT와 양자화를 수행하는 제 6 단계(ST22)(ST23)와; 상기 제 6 단계 수행 후 경계 방향성의 주방향의 이용하여 DCT 계수들의 스캐닝을 수행하는 제 7 단계(ST24)를 포함하여 수행한다.As shown therein, a fifth step (ST21) of reducing an error value of compensation prediction and modifying an inverse quantization equation using the compensation prediction image having a straight edge by the boundary direction; A sixth step (ST22) (ST23) for performing quantization with the DCT after performing the fifth step; After the sixth step, a seventh step ST24 is performed to scan the DCT coefficients using the main direction of the boundary direction.

도 10은 도 9에서 제 5 단계를 상세히 보인 흐름도이다.10 is a flowchart illustrating a fifth step in detail in FIG. 9.

이에 도시된 바와 같이, 투영을 이용하여 예측 보상의 주방향을 구한 다음 주방향이 수평방향인지 판별하는 단계(ST31)(ST32)와; 상기 주방향이 수평방향이아니면 수평방향으로 회전시켜 수평 방향인 예측 보상에 직선 에지가 있는지 판별하는 단계(ST33)(ST34)와; 상기 예측 보상에 직선 에지가 있으면 직선 에지의 위쪽 화소들의 평균과 아래쪽 화소들의 평균을 구하고 직선 에지 부분의 평균값을 구하는 단계(ST35)(ST36)를 포함하여 수행한다.As shown therein, steps (ST31) (ST32) of obtaining a main direction of the prediction compensation by using projection and then determining whether the main direction is a horizontal direction; Determining whether a straight edge exists in the prediction compensation in the horizontal direction by rotating in the horizontal direction if the main direction is not the horizontal direction (ST33); If there is a straight edge in the prediction compensation, an average of the upper and lower pixels of the straight edge is obtained, and an average value of the straight edge portion is obtained (ST35).

도 11은 도 9에서 제 7 단계를 상세히 보인 흐름도이다.FIG. 11 is a flowchart illustrating a seventh step in detail in FIG. 9.

이에 도시된 바와 같이, DCT 계수들의 주방향을 판단하는 단계(ST41)와; 상기 DCT 계수들의 주방향이 수평방향이면, DCT 계수들에 대해 수직 스캐닝을 수행하는 단계(ST42)와; 상기 DCT 계수들의 주방향이 수직방향이이면, DCT 계수들에 대해 수평 스캐닝을 수행하는 단계(ST43)와; 상기 DCT 계수들의 주방향이 수평/수직 이외의 방향이면, DCT 계수들에 대해 지그재그 스캐닝을 수행하는 단계(ST44)를 포함하여 수행한다.As shown therein, determining the main directions of the DCT coefficients (ST41); If the main direction of the DCT coefficients is a horizontal direction, performing vertical scanning on the DCT coefficients (ST42); If the main direction of the DCT coefficients is vertical, performing horizontal scanning on the DCT coefficients (ST43); If the main direction of the DCT coefficients is a direction other than horizontal / vertical, performing a zigzag scanning on the DCT coefficients (ST44).

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 움직임 보상 예측 블록의 경계 방향성을 고려한 고압축 장치 및 그 방법의 동작을 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.The operation of the high compression device and the method considering the boundary direction of the motion compensation prediction block constructed as described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저 도 6은 도 5에서 움직임 보상 예측 블록, 움직임 보상 예측 오류 블록, 양자화된 DCT 계수들의 관계를 보인 도면이며, 도 7은 도 5에서 움직임 보상 예측 블록의 직선 에지 부분에 대한 보상을 보인 도면이다.First, FIG. 6 is a diagram illustrating a relationship between a motion compensation prediction block, a motion compensation prediction error block, and quantized DCT coefficients in FIG. 5, and FIG. 7 is a diagram showing compensation for a straight edge portion of the motion compensation prediction block in FIG. 5. .

그래서 H.263+에서는 8x8블록 단위의 움직임 보상 예측 오류 블록에 대하여 DCT 블록(22) 및 양자화 블록(23)에서 DCT 및 양자화를 한 후 그 계수들을 지그재그 스캐닝을 사용해서 재배열하고 있다. 여기서 도 6을 보면, (a)의 DCT 계수들의분포와는 달리 (b), (c)에 있는 계수들의 분포는 지그재그 스캐닝에 적합하지 않은 배열인 것을 알 수 있다.Therefore, in H.263 +, DCT and quantization are performed in the DCT block 22 and the quantization block 23 for the 8x8 block motion compensation prediction error block, and the coefficients are rearranged using zigzag scanning. 6, unlike the distribution of the DCT coefficients of (a), it can be seen that the distribution of the coefficients in (b) and (c) is not suitable for zigzag scanning.

만약 DCT 계수의 분포를 직접 조사한다면, 수직, 수평, 대각선, 지그재그 스캐닝 등의 여러 가지 스캐닝 방법 중에서 가장 적절한 것을 선택하게 할 수도 있으나 스캐닝 방법의 선택에 따른 추가적인 정보를 복호기에 전송해야 한다. 도 6의 움직임 보상 예측 블록(motion compensated prediction block)과 움직임 보상 예측 오류 블록(motion compensated prediction error block)을 살펴보면 블록의 주방향이 비슷하다는 것을 알 수 있다. 이러한 성질을 이용하여 움직임 보상 예측 블록으로부터 양자화된 DCT 계수들의 분포를 예측하여 적절한 스캐닝 방법을 선택할 수 있다.If the direct distribution of DCT coefficients is examined, the most appropriate one can be selected among various scanning methods such as vertical, horizontal, diagonal, and zigzag scanning. However, additional information according to the selection of the scanning method should be transmitted to the decoder. Looking at the motion compensated prediction block and the motion compensated prediction error block of FIG. 6, it can be seen that the main directions of the blocks are similar. This property can be used to predict the distribution of quantized DCT coefficients from the motion compensation prediction block to select an appropriate scanning method.

그리고 움직임 보상 예측 블록의 직선 에지에 해당하는 예측 오류 값의 처리를 다음과 같이 한다.The prediction error value corresponding to the straight edge of the motion compensation prediction block is processed as follows.

즉, 동영상에서는 주로 에지 부분에서 움직임이 발생하기 때문에 결과적으로 움직임 보상 예측 오류 역시 그러한 에지 부분에서 나타난다. 이러한 오류들이 전송하는 데이터의 대부분을 차지하기 때문에 이것들을 줄일 수 있다면 전송데이터의 상당 부분을 감소시킬 수가 있다. 여기서는 도 7에서 보는 바와 같이 그러한 움직임으로 인하여 움직임 보상 예측 블록과 현재 블록의 차이가 특히 직선 에지 부분에서 발생하였을 경우에 대하여 에지 주위의 값을 사용하여 그 값을 예측하고 예측된 값을 사용하여 움직임 보상 예측 오류 값을 줄이게 된다.That is, since motion occurs mainly at the edge part in the video, motion compensation prediction error also appears at such edge part. Since these errors take up most of the data being transmitted, if you can reduce them, you can reduce a significant portion of the transmitted data. In this case, as shown in FIG. 7, when the difference between the motion compensation prediction block and the current block has occurred due to such a motion, especially in the straight edge part, the value is estimated using the value around the edge and the motion is estimated using the predicted value. The compensation prediction error value is reduced.

도 12는 도 8에서 일정 각도에서 임의의 2차원 이산 함수의 투영을 보인 도면이다.FIG. 12 is a diagram illustrating a projection of an arbitrary two-dimensional discrete function at an angle in FIG. 8.

그래서 투영을 이용한 8 x 8 블록의 주방향 찾기에 대해 설명한다.Thus, we describe the circumferential search of 8 x 8 blocks using projection.

도 12와 같이 임의의 2차원 이산(discrete) 함수를 my축과의 각도를 가지는 평행한 광선 방향으로 적분했을 때의 결과는 1차원 이산 함수이고 이 함수를 각도에서의에 대한 투영(projection)이라고 한다. 그리고,의 관계는 다음의 수학식 5와 같이 표현될 수 있다.Arbitrary two-dimensional discrete function as shown in FIG. With my axis The result of integrating in parallel radial directions with the angle of is a one-dimensional discrete function. And this function angle In This is called the projection of. And, and Can be expressed as Equation 5 below.

여기서, m, n은 투영되는 방향의 축을 나타내고, mx, my는 투영되기 전의 축을 나타낸다.Here, m and n represent an axis of a projection direction, and mx, my represent an axis before projection.

그리고 m, n은 정수 값을 가지고, mx, my는 실수 값을 가지기 때문에 보간법을 사용하여 해당 위치의 보간법을 값을 구해야 한다. 일반적으로 알려진 보간법은 양선형(bilinear) 보간법, 체적 상승 적분(cubic convolution) 보간법 등이 있다. 8x8 블록에 대한 투영을 하기 위해서는 경계 부분을 벗어나는 위치에 대한 화소 값이 있어야 할 뿐 아니라 값을 변화시키면서 여러 번 투영을 해야 하므로 상당한 시간이 소요된다.Since m and n have integer values and mx and my have real values, the interpolation method must be used to find the value of the interpolation method. Commonly known interpolation methods include bilinear interpolation, cubic convolution interpolation, and the like. The projection of 8x8 blocks requires considerable time because not only the pixel values for the positions beyond the boundary are required, but also the multiple projections with changing the values.

따라서 위의 투영의 방법보다는 움직임 보상 예측 블록의 pixel값을 이용한 새로운 직선 에지의 각도 검사를 한다. 그 구체적인 방법을 도 13에서 설명하고 있다.Therefore, the angle of new straight edge is checked by using the pixel value of the motion compensation prediction block rather than the above projection method. The specific method is explained in FIG.

도 13은 도 8에서 픽셀 각도를 이용한 직선 에지의 각도 측정을 보인 도면이다.FIG. 13 is a view illustrating angle measurement of a straight edge using the pixel angle in FIG. 8.

그래서 dx, dy, angle, weight는 다음의 수학식 6과 같이 구한다.Therefore, dx, dy, angle, and weight are obtained as in Equation 6 below.

dx = (j, i+1) - (i, j)dx = (j, i + 1)-(i, j)

dy = (j+1, i) - (i, j)dy = (j + 1, i)-(i, j)

angle = arctan (dx./ dy)angle = arctan (dx./ dy)

weight = |dx| + |dy|weight = | dx | + | dy |

이러한 방법으로 각도와 pixel 값을 차이(weight)를 구하면 에지 부근에서는 픽셀(pixel) 값의 차이가 크므로 weight가 크다. 그리고 직선 에지의 블록일 경우 weight가 큰 픽셀들이 모두 비슷한 각도(angle)가 되므로 투영으로 구한 각도와 비슷한 각도를 구할 수 있다. 이렇게 pixel의 각도를 이용해서 직선 에지의 각도를 구하면 계산양은 상당히 줄일 수 있으므로 프로그램 수행시간이 많이 짧아지게 된다.In this way, when the weight is obtained from the angle and the pixel value, the weight is large because the difference of the pixel value is large near the edge. In the case of a block of straight edges, pixels with a large weight all have a similar angle, and thus an angle similar to the angle obtained by the projection can be obtained. By calculating the angle of the straight edge using the angle of the pixel in this way, the computation amount can be considerably reduced, which leads to a much shorter program execution time.

한편 움직임 보상 예측 블록의 주방향을 이용한 DCT 계수들의 스캐닝 방법을 설명하면 다음과 같다.Meanwhile, a scanning method of DCT coefficients using the main direction of the motion compensation prediction block will be described.

먼저 도 14는 도 9에서 스캐닝시 수평 스캐닝 및 수직 스캐닝을 보인 도면이고, 도 15는 도 14에 의해 수평 스캐닝이 선택된 블록들의 예를 보인 도면이며, 도 16은 도 14에 의해 수직 스캐닝이 선택된 블록들의 예를 보인 도면이다.First, FIG. 14 is a diagram illustrating horizontal scanning and vertical scanning when scanning in FIG. 9, FIG. 15 is a view illustrating examples of blocks in which horizontal scanning is selected by FIG. 14, and FIG. 16 is a block in which vertical scanning is selected by FIG. 14. The figure shows an example.

여기서 제안하는 첫 번째 방법은 이미 복호화 되어 있는 움직임 보상 예측블록의 주방향을 블록 각도(block angle)에 의해 구한 뒤 그것을 현재 복호화 되어야 할 움직임 보상 예측 오류 블록의 주방향이라고 가정하여 그것에 따라 DCT 계수들의 적절한 스캐닝 방법을 결정하는 것이다.The first method proposed here obtains the main direction of the motion compensated prediction block that is already decoded by the block angle and assumes that it is the main direction of the motion compensation prediction error block to be decoded accordingly. To determine the appropriate scanning method.

이렇게 하면 복호기에 아무런 정보를 보낼 필요는 없지만 잘못 판단될 가능성도 있을 수 있다. 도 6에서는 움직임 보상 예측 블록과 움직임 보상 예측 오류 블록이 비슷한 방향성을 가지고 있으므로 이전 프레임과 현재 프레임 사이의 움직임이 상당히 크거나 이전 프레임에 없던 장면이 나온 경우는 아니었다고 볼 수 있다.This way you don't have to send any information to the decoder, but it could be misleading. In FIG. 6, since the motion compensation prediction block and the motion compensation prediction error block have similar directionality, it may not be considered that the motion between the previous frame and the current frame is considerably large or the scene that does not exist in the previous frame is not present.

그래서 본 발명에 의해 추가되는 스캐닝 방법은 수평 및 수직 스캐닝이다. 도 6의 (b)에서 처럼 움직임 보상 예측 블록에서 구한 주방향이 수평 방향일 경우에는 DCT 계수들이 수직의 분포를 나타내므로 수직 스캐닝 방법을 선택하고, 그림 6의 (c)에서 처럼 주축이 수직 방향일 경우에는 DCT 계수들이 수평의 분포를 나타내므로 수평 스캐닝 방법을 선택하는 것이다. 그림 6의 (a)와 같이 수평 및 수직 이외의 방향에 대해서는 기존의 지그재그 스캐닝을 사용하는 것으로 한다. 수직 및 수평 스캐닝 방법은 도 14에 나타내었고 실제 예를 도 15와 도 16에 나타내었다.So the scanning method added by the present invention is horizontal and vertical scanning. When the main direction obtained from the motion compensation prediction block is the horizontal direction as shown in FIG. 6 (b), the vertical scanning method is selected since the DCT coefficients show the vertical distribution, and as shown in (c) of FIG. 6, the main axis is the vertical direction. In this case, the DCT coefficients represent a horizontal distribution, so the horizontal scanning method is selected. As shown in Fig. 6 (a), the conventional zigzag scanning is used for directions other than horizontal and vertical. Vertical and horizontal scanning methods are shown in FIG. 14 and actual examples are shown in FIGS. 15 and 16.

한편 직선 에지를 가진 움직임 보상 예측 영상을 이용한 움직임 보상 예측 오류 값의 줄임 및 역 양자화 식의 변형을 설명하면 다음과 같다.On the other hand, the reduction of the motion compensation prediction error value and the deformation of the inverse quantization equation using the motion compensated prediction image with the straight edge are as follows.

도 17은 도 10에서 움직임 보상 예측 블록에서 보상될 직선 에지 값 예측을 보인 도면이다. 그래서 움직임 보상 예측 오류 블록에 대하여 해당하는 움직임 보상 예측 블록이 직선 에지를 가지고 있을 경우에 직선 에지 부분의 오류 값을 직선에지 주위의 값을 사용해서 예측하게 된다.FIG. 17 is a diagram illustrating a straight edge value prediction to be compensated for in the motion compensation prediction block in FIG. 10. Thus, when the motion compensation prediction block has a straight edge, the error value of the straight edge portion is predicted using the values around the straight edges.

그래서 블록 각도를 구할 때 설명했던 투영(픽셀 각도)을 이용하여 움직임 보상 예측 블록의 주방향을 구하고 그것이 수평 방향이 아닐 경우에 직선 에지의 검출 및 직선 에지 주위 값의 이용이 편리하도록 수평 방향으로 회전시킨다.So, we use the projection (pixel angle) described in the calculation of the block angle to find the main direction of the motion compensation prediction block, and if it is not the horizontal direction, rotate the horizontal direction to make it easier to detect the straight edge and use the value around the straight edge. Let's do it.

그리고 회전된 움직임 보상 예측 블록에 직선 에지가 있는지를 검사한다.Then, it is checked whether there is a straight edge in the rotated motion compensation prediction block.

만약 직선 에지가 있다면 직선 에지의 위쪽 화소들의 평균과 아래 쪽 화소들의 평균을 구하여 각각 A, B라고 놓는다.If there is a straight edge, the average of the upper pixels and the lower pixels of the straight edge is averaged, and the values are A and B, respectively.

직선 에지 부분의 예측 값을 다음의 수학식 7과 같이 구한다.The prediction value of the straight edge portion is obtained as in Equation 7 below.

여기서 QP는 양자화 값이다. QP가 10 이하인 경우에는 움직임 보상 예측 오류 값이 작은 블록들이 증가하기 때문에 예측된 직선 에지 값도 작아야 될 필요성이 있다.Where QP is the quantization value. If the QP is less than or equal to 10, since the blocks with small motion compensation prediction error values increase, the predicted straight edge value needs to be small.

또한 QP가 10 이상인 경우에는 반대로 움직임 보상 예측 오류 값이 큰 블록들이 증가하기 때문에 예측된 직선 에지 값이 커야 될 필요성이 있다.In addition, when the QP is greater than or equal to 10, since the blocks having a large value of the motion compensation prediction error value increase, it is necessary to increase the predicted straight edge value.

더불어 예측된 직선 에지 값은 부호를 가지게 되는데 그것은 현재 블록과 비교하여 결정되며, 1 비트가 할당되어 복호기에 전달된다.In addition, the predicted straight edge value is signed, which is determined by comparison with the current block, and one bit is allocated and passed to the decoder.

그리고 직선 에지가 보상된 움직임 보상 예측 블록을 사용하여 새로운 움직임 보상 예측 오류 블록을 구한 후 DCT, 양자화, 그리고 VLC를 수행한다.After the new motion compensated prediction error block is obtained using the motion compensated prediction block with linear edge compensation, DCT, quantization, and VLC are performed.

도 18은 도 10의 단계가 실제 영상에 적용된 예를 보인 도면으로써, 실제 영상을 가지고 위의 과정을 구현하면 다음과 같이 된다.FIG. 18 is a diagram illustrating an example in which the step of FIG. 10 is applied to an actual image. When the above process is implemented with the actual image, the following procedure is performed.

이상의 방법을 사용할 경우 직선 에지 부분의 예측 값에 오류가 있을 가능성이 있지만, H.263+에서 사용하고 있는 역 양자화 식에 변형을 가해서 비트율은 줄이고 PSNR(Peak Signal to Noise Ratio)은 낮아지지 않게 유지되는 효과를 얻을 수 있었다. 사용된 양자화 식과 역 양자화 식은 다음과 같고, p의 값을 1에서 0.5로 변형시켰다.If the above method is used, there is a possibility that the predicted value of the straight edge part may be in error, but by modifying the inverse quantization equation used in H.263 +, the bit rate is reduced and the PSNR (Peak Signal to Noise Ratio) is kept low. Could be achieved. The quantization equation and the inverse quantization equation used are as follows and the value of p was modified from 1 to 0.5.

Quantization : |LEVEL| = (|COF|-QP/2)/(2·QP)Quantization: | LEVEL | = (| COF | -QP / 2) / (2QP)

Inverse Quantization : |REC| = QP·(2·|LEVEL|+p) if QP="odd"Inverse Quantization: | REC | = QP · (2 · | LEVEL | + p) if QP = "odd"

|REC| = QP·(2·|LEVEL|+p)-1 if QP="even"| REC | = QP · (2 · | LEVEL | + p) -1 if QP = "even"

여기서 LEVEL은 양자화된 DCT 계수이고, COF는 양자화될 DCT 계수이며, REC은 복구된 DCT 계수이다.Where LEVEL is the quantized DCT coefficient, COF is the DCT coefficient to be quantized, and REC is the recovered DCT coefficient.

도 19는 본 발명에 의한 실험결과를 종래 기술과 표로 비교한 도면이며, 도 20은 도 18의 실험결과를 종래 기술과 그래프로 비교한 도면이다.19 is a diagram comparing the experimental results according to the present invention with a table of the prior art, and FIG. 20 is a graph comparing the experimental results of FIG. 18 with the prior art.

여기서 실험에는 해상도가 176 x 144인 QCIF 형식의 carphone, claire, foreman, suzie, trevor의 5가지 영상이 사용되었고, 양자화 값은 4, 5, 7, 10, 15, 25이다.In this experiment, five images of QCIF format carphone, claire, foreman, suzie, and trevor with 176 x 144 resolution were used, and the quantization values were 4, 5, 7, 10, 15, and 25.

사용된 총 프레임 수는 각 영상마다 300 프레임이며, 프레임 율은 2 프레임 씩 건너뛰기 때문에 10fps이며, 성능 측정을 위해서는 평균 PSNR(Peak Signal-to-Noise Ratio)과 평균 비트율을 사용하였다.The total number of frames used is 300 frames for each image, and the frame rate is 10 fps because it skips 2 frames. The average peak signal-to-noise ratio (PSNR) and average bit rate are used for performance measurement.

결과표에서 비트율은 적은 것이 좋으므로 result가 "-" 인 경우가 개선된 경우이고, PSNR의 경우는 result가 "+" 인 경우가 개선된 경우이다.In the result table, since the bit rate is good, the case where result is "-" is improved, and the case of PSNR is case where result is "+".

따라서 도시된 바와 같이, 평균적으로 같은 PSNR에서 3% 정도의 비트율이 개선되었음을 알 수 있다.Thus, as shown, it can be seen that the bit rate of about 3% is improved in the same PSNR on average.

그래프에서 proposed scheme 1+2 는 prediction block의 보상과 scanning 방법의 변화 2가지를 합해서 시뮬레이션한 결과를 의미한다.In the graph, proposed scheme 1 + 2 means the simulation result of the sum of the compensation of the prediction block and the change of the scanning method.

이처럼 본 발명은 표준 영상 압축 방식인 H.263+에서 움직임 보상 예측 블록을 이용하여 움직임 보상 예측 오류 블록을 개선하고 스캐닝 방법을 효과적으로 선택하여 압축 데이터를 감소시키게 되는 것이다.As described above, the present invention improves the motion compensation prediction error block by using the motion compensation prediction block in H.263 +, which is a standard video compression method, and reduces the compressed data by effectively selecting the scanning method.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.Although the preferred embodiment of the present invention has been described above, the present invention may use various changes, modifications, and equivalents. It is clear that the present invention can be applied in the same manner by appropriately modifying the above embodiments. Accordingly, the above description does not limit the scope of the invention as defined by the limitations of the following claims.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 움직임 보상 예측 블록의 경계 방향성을 고려한 고압축 장치 및 그 방법은 표준 영상 압축 방식인 H.263+에서 움직임 보상 예측 블록을 이용하여 움직임 보상 예측 오류 블록을 개선하고 스캐닝 방법을 효과적으로 선택하여 압축 데이터를 감소시킴으로서, 표준 영상 압축 방식의 하나로 사용할 수도 있고, 또는 독자적인 Mode로 채택하여 비디오 압축 효율을 높이는 데 사용할 수도 있는 효과가 있게 된다.As described above, the high compression device and its method considering the boundary direction of the motion compensation prediction block according to the present invention improve the motion compensation prediction error block by using the motion compensation prediction block in H.263 + which is a standard video compression method. By effectively selecting the scanning method to reduce the compressed data, it can be used as one of the standard image compression methods, or it can be used to increase the video compression efficiency by adopting its own mode.

또한 본 발명은 유무선 화상 통신 또는 동영상의 저장에 유용하게 사용될 수 있으며, 좋은 화질의 영상을 Low bit rate로 제공할 수 있으므로 오피스 감시 시스템 등의 경우 저장 공간의 효율적 감소를 달성할 수 있는 효과도 있게 된다.In addition, the present invention can be usefully used for wired and wireless video communication or video storage, and can provide a good image quality at a low bit rate, so that in the case of an office surveillance system, it is possible to achieve an efficient reduction of storage space. do.

Claims (8)

움직임 보상 예측 블록과, DCT 블록과 양자화 블록을 포함하여 구성된 비디오 부호화기에 있어서,In a video encoder comprising a motion compensation prediction block, a DCT block and a quantization block, 상기 움직임 보상 예측 블록에서 출력되는 신호에서 경계 방향성의 특성을 찾고, 찾은 경계선을 중심으로 차이값을 구하는 경계선 점검부와;A boundary line checker which finds a property of boundary directionality in the signal output from the motion compensation prediction block and obtains a difference value based on the found boundary line; 상기 경계선 점검부에서 구한 차이값으로 보상하여 새로운 움직임 보상 예측값을 구하는 보상 예측부와;A compensation prediction unit obtaining a new motion compensation prediction value by compensating with the difference value obtained by the boundary checker; 상기 경계선 점검부의 출력을 이용하여 상기 보상 예측부에서 출력되어 상기 DCT 블록과 상기 양자화 블록을 통과한 신호에 대해 DCT 계수들의 스캔을 수행하는 스캔부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 움직임 보상 예측 블록의 경계 방향성을 고려한 고압축 장치.And a scan unit configured to scan DCT coefficients of the signal output from the compensation predictor and passed through the DCT block and the quantization block by using the output of the boundary checker. High compression device considering directionality. 제 1 항에 있어서, 상기 경계선 점검부는,The method of claim 1, wherein the boundary checker, 각도와 픽셀 값을 구하고, 구한 각도와 픽셀 값의 차이를 이용하여 픽셀의 각도를 구하는 것을 특징으로 하는 움직임 보상 예측 블록의 경계 방향성을 고려한 고압축 장치.A high-compression device considering boundary direction of a motion compensation prediction block, wherein the angle and the pixel value are obtained and the angle of the pixel is obtained using the difference between the obtained angle and the pixel value. 제 1 항에 있어서, 상기 보상 예측부는,The method of claim 1, wherein the compensation prediction unit, 차이값에 의해 구한 픽셀의 각도로 직선 에지의 각도를 구하여 새로운 보상예측값을 구하는 것을 특징으로 하는 움직임 보상 예측 블록의 경계 방향성을 고려한 고압축 장치.A high-compression device considering boundary direction of a motion compensation prediction block, wherein a new compensation prediction value is obtained by obtaining an angle of a straight edge with an angle of a pixel obtained by a difference value. 제 1 항에 있어서, 상기 스캔부는,The method of claim 1, wherein the scan unit, 예측 보상의 주방향에 따라 수평, 수직, 지그재그 스캐닝을 수행하는 것을 특징으로 하는 움직임 보상 예측 블록의 경계 방향성을 고려한 고압축 장치.A high-compression device considering boundary direction of a motion compensation prediction block, wherein horizontal, vertical, and zigzag scanning is performed according to the main direction of the prediction compensation. 움직임 보상 예측 블록의 출력에서 경계 방향성의 특성을 찾는 제 1 단계와;Finding a characteristic of the boundary directionality at the output of the motion compensation prediction block; 상기 제 1 단계에서 찾은 경계 방향성에 의한 경계선을 중심으로 차이값을 구하는 제 2 단계와;A second step of obtaining a difference value around the boundary line due to the boundary directionality found in the first step; 상기 제 2 단계의 차이값으로 움직임 보상 예측 값을 보상하여 새로운 보상 예측값을 구하는 제 3 단계와;Obtaining a new compensation prediction value by compensating for the motion compensation prediction value using the difference value of the second step; 상기 경계 방향성을 이용하여 데이터를 압축하는 제 4 단계를 포함하여 수행하는 것을 특징으로 하는 움직임 보상 예측 블록의 경계 방향성을 고려한 고압축 방법.And a fourth step of compressing the data using the boundary directionality. 제 5 항에 있어서, 상기 제 4 단계는,The method of claim 5, wherein the fourth step, 상기 경계 방향성에 의해 직선에지를 갖는 보상 예측 영상을 이용하여 보상 예측의 오류값을 줄이고, 역양자화 식을 변형하는 제 5 단계와;A fifth step of reducing an error value of compensation prediction and modifying an inverse quantization equation by using the compensation prediction image having a straight edge by the boundary directionality; 상기 제 5 단계 수행 후 DCT와 양자화를 수행하는 제 6 단계와;A sixth step of performing quantization with the DCT after performing the fifth step; 상기 제 6 단계 수행 후 경계 방향성의 주방향의 이용하여 DCT 계수들의 스캐닝을 수행하는 제 7 단계를 포함하여 수행하는 것을 특징으로 하는 움직임 보상 예측 블록의 경계 방향성을 고려한 고압축 방법.And a seventh step of scanning the DCT coefficients by using the principal direction of the boundary directionality after the sixth step. 제 6 항에 있어서, 상기 제 5 단계는,The method of claim 6, wherein the fifth step, 투영을 이용하여 예측 보상의 주방향을 구한 다음 주방향이 수평방향인지 판별하는 단계와;Obtaining a main direction of the prediction compensation by using the projection and then determining whether the main direction is a horizontal direction; 상기 주방향이 수평방향이 아니면 수평방향으로 회전시켜 수평 방향인 예측 보상에 직선 에지가 있는지 판별하는 단계와;If the main direction is not the horizontal direction, rotating in the horizontal direction to determine whether there is a straight edge in the prediction compensation in the horizontal direction; 상기 예측 보상에 직선 에지가 있으면 직선 에지의 위쪽 화소들의 평균과 아래쪽 화소들의 평균을 구하고 직선 에지 부분의 평균값을 구하는 단계를 포함하여 수행하는 것을 특징으로 하는 움직임 보상 예측 블록의 경계 방향성을 고려한 고압축 방법.If the prediction compensation has a straight edge, calculating the average of the upper and lower pixels of the straight edge and calculating the average value of the straight edge portion; . 제 6 항에 있어서, 상기 제 7 단계는,The method of claim 6, wherein the seventh step, DCT 계수들의 주방향을 판단하는 단계와;Determining a principal direction of the DCT coefficients; 상기 DCT 계수들의 주방향이 수평방향이면, DCT 계수들에 대해 수직 스캐닝을 수행하는 단계와;If the main direction of the DCT coefficients is a horizontal direction, performing vertical scanning on the DCT coefficients; 상기 DCT 계수들의 주방향이 수직방향이이면, DCT 계수들에 대해 수평 스캐닝을 수행하는 단계와;If the main direction of the DCT coefficients is vertical, performing horizontal scanning on the DCT coefficients; 상기 DCT 계수들의 주방향이 수평/수직 이외의 방향이면, DCT 계수들에 대해 지그재그 스캐닝을 수행하는 단계를 포함하여 수행하는 것을 특징으로 하는 움직임 보상 예측 블록의 경계 방향성을 고려한 고압축 방법.If the main direction of the DCT coefficients is a direction other than horizontal / vertical, performing zigzag scanning on the DCT coefficients.
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