KR100368759B1 - 동영상 압축 양방향 전송방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 동영상 압축 양방향 전송방법에 관한 것이다. 본 발명에서는, 영상신호를 압축한 후, 음성신호와 멀티플렉싱하여 전송하고 수신된 신호를 역다중화하여 압축된 영상을 원래의 신호로 복원시킴과 동시에 음성신호와 동기를 맞추어 출력한다.

Description

동영상 압축 양방향 전송방법{BIDIRECTIONAL TRANSMITTING METHOD OF MPEC MOVING PICTURE}
본 발명은 동영상 데이터 전송방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 양방향의 통신이 가능한 동영상 압축 양방향 전송방법에 관한 것이다.
일반적으로 영상통신시스템은 퍼스널 컴퓨터에 근간을 둔 시스템이었고, 국제 표준통신 프로토콜에 의거하여 장치를 만드는 과정에서 서로 다른 제작자들이 만든 장비를 연동시키기 위해 데이터열의 약속된 부분에는 영상신호를 추출해야 하므로 데이터 전송시 더 많은 데이터를 보내지 못하는 요소로 작용하였다. 따라서, 비디오와 오디오 신호를 단순 PCM 처리할 경우 데이터량이 과다하여 저장이나 전송에 영향을 초래하게 되므로, 데이터를 효율적으로 압축하기 위한 기술이 절실히 요구되고 있다.
또한, 단순한 영상 전달 장치로서 HDB3 신호로 동작되는 장비와 연동이 불가능하며, 자체영상을 피드백하여 자가 진단할 수 있는 기능이 없는 단점이 있다. 또한, 프로토콜을 위한 손실 영역이 크다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 양방향 통신이 가능한 동영상 압축 양방향 전송방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 자체영상을 피드백하여 자가 진단이 가능한 동영상 압축 양방향 전송방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 프로토콜을 위한 손실 영역을 줄일 수 있는 동영상 압축 양방향 전송방법을 제공하는데 있다.
상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 동영상 압축 양방향 전송방법은, 동영상 신호를 압축한 후 음성신호와 멀티플렉싱하여 전송하는 단계와; 수신된 신호를 역다중화하여 압축된 영상을 원래의 신호로 복원시킴과 동시에 음성신호와 동기를 맞추어 출력하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 동영상 압축 양방향 전송방법을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 영상 전송 장치의 블록 구성도를 나타낸다.
도 2는 상기 도 1의 VIU-CONTROL의 블록 구성도를 나타낸다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명에 따른 영상 전송 장치의 블록 구성도를 나타낸다.
도면을 참조하면, 입력되는 컴포지트(composite) 비디오 신호를 비디오 스트림 디코더(1)에서 YC 성분을 분리한 뒤, 디지털 데이터로 변환하여 MPEG 엔코더(2)에서 압축한다. 오디오/스피커 입력신호는 라인 인터페이스부(4)의 CVSD CODEC을 통해 디지털 변환되어 Viu-Control 로직부(3)에서 영상신호와 다중화(멀티플렉싱)하여 선로 변환부에서 HDB3 코딩하여 데이터 전송로를 경유하여 송신하게 된다. 전송로를 통해 수신된 데이터는 역다중화하여 오디오와 비디오 신호를 분리 후 오디오는 코덱을 거쳐 스피커로 출력되고 비디오는 VLD(5), DCT(6), MC(7)로 이루어진 MPEG 디코더에 의해 복원되어 비디오 엔코더에서 디지털/아날로그 변환하여 모니터로 출력된다.
상기 비디오 스트림 디코더(1)는 NTSC 컴포지트 신호가 입력되면 LUMINANCE Y 성분과 CHORMINANCE C 성분으로 분리하여 AD변환 후, HUE SATURATION BRIGHTNESS를 ADJUST 하고, 수직 및 수평 필터링과 스케일링을 거쳐 CCIR 601 포맷으로 출력된다. 그리고, 상기 MPEG 엔코더(2)는 연속적인 디지털 입력 화면을 MPEG 규격으로 압축을 수행하여 비트열을 생성하는 회로로서, 입력화면은 MPEG에서 규정한 방식으로 하기와 같은 특성치를 가지고 압축 기능을 수행한다.
가) Picture Type : I P
나) GOP : 1I + 14P 또는 1I + 29P 또는 1I + 14P + 1I + 14P 또는 1I + 1B + 1P의 반복
다) 해상도 : 수평 352. 수직 240
입력화면을 압축하는 순서는 첫입력화면을 메모리(DRAM)에 저장한 후 두 번째 화면의 입력과 동시에 첫 번째 화면을 압축하고, 또한 입력화면은 메모리에 저장되어 다음 화면 입력과 동시에 이 화면이 압축된다. 압축된 결과는 출력요청이 있을 때까지 메모리에 저장되고 출력요청이 있을 때마다 선입선출(FIFO) 방식으로 결과(압축비트열)를 출력한다.
1I+ 14P를 예로 들면, 압축화면 형식(Picture Type)은 입력화면 순서대로 하나의 I화면과 14개의 P화면이 반복된다. 이때, 상기 I화면은 과거 영상과 관계없이 현재 입력 영상만으로 압축을 수행한 것이고, P화면은 과거 영상과의 관계를 추정하여 압축을 수행한다. 따라서 보통 I화면은 P화면에 비해 3배 정도로 많은 비트열을 생성하게 된다. 그리고, 영상의 공간 중복성을 이용한 압축을 수행하고 시간 중복성을 이용한 압축기능도 수행한다. 이처럼 공간 중복성과 시간 중복성으로 이루어지는 2가지 압축기능을 수행한 결과는 VLC에서 비트열의 발생 빈도를 이용한 압축이 다시한번 이루어진 후 MPEG 영상 비트열의 규격으로 구성되어 최종결과(MPEG 비트열)가 나타난다.
MPEG 방식의 압축손실은 화질의 열화가 발생하며, 화질의 열화 정도는 생성된 압축비트열을 요청하는 외부에 의해서 제어된다. 이때, 출력을 자주 요청할수록 화질은 나아지며, 출력의 요청에 따라 압축정도를 결정하는 레벨값(QLEVEL)을 조절해 주면된다. 한펴, 레벨값이 낮을수록 비트열이 많이 생성되므로 비트열이 내부저장 메모리에서 넘치지 않도록 출력 요청 빈도수를 조절해 주어야 하는데, 출력 빈도수가 일정할 경우, 레벨값을 조절해 줌으로써 메모리에서 비트열이 넘치는 현상을 방지할 수 있다.
한편, 상기 VIU-CONTROL부(3)는 EPLD(10K50)으로 구현하였고, MPEG 엔코더(2), CPU(9), 비디오 스트림 디코더(1), VLD(5), 오디오부를 콘트롤하는 로직회로로 구성된다. 또한, 송수신 프레임 구성과 복원, 영상데이터의 직/병렬 상호변환, 오디오와 비디오의 립싱크등의 기능을 수행한다.
VLD(영상 비트열 해석기)(4)는 영상 비트열을 화면 단위로 복호하기 위해 버퍼(SRAM)에 저장하고, 화면 비트열단위로 복호하는 기능을 수행한다. 결과에 대한 출력은 공간/시간적으로 압축된 데이터가 되는데, 공간적으로 압축된 데이터는 DCT(6)에서, 시간적으로 압축된 데이트는 공간적으로 복호된 화면과 함께 MC(7)에서 복호되어 최종 출력화면이 얻어진다.
한편, 입력 압축비트열은 버퍼에 저장되고, 각 화면 비트열의 시작위치는 FIFO에 저장된다. 상기 FIFO의 저장된 위치 개수가 2개 이상일 때 VLD(5)를 초기상태로 한다. 그리고 상기 FIFO로부터 하나의 출력을 얻어 버퍼의 시작위치로 하여 버퍼의 데이터를 읽어 VLD(5)로 입력하고, 이의 결과로 복호된 화면의 각 정보가 출력되게 한다. 그리고, 상기 VLD(5)는 한 화면 분량을 해석한 후 다음화면 동기신호가 있을때까지 동작을 중지하게 된다.
복호된 화면의 출력결과는 압축화면 구성과 동일하며 복호된 화면은 DCT(6)와 MC(7)를 거쳐야 비로소 완전한 화면으로 구성될 수 있다. FIFO는 버퍼 16개의 위치를 저장할 수 있으며, 입력 데이터에 오류가 있을 경우, VLD(5)는 자체적으로슬라이스 단위로 오류은닉을 시도한다.
DCT(6)는 공간적으로 압축된 블록 데이터를 블록계수, 양자화 레벨, INTRA 그리고 동기 신호를 이용해 복호한다. 입력변환부는 입력블록 계수의 표현 형태를 변환하여 블록 순서를 바꾸고 역 양자화기는 역양자화를 수행하여 그 출력이 변환되어 최종 출력이 나타난다.
MC(7)는 시간적복호 기능을 수행하여 화면을 복원하고 복원된 화면을 CCIR 656 형식으로 출력하는 기능을 수행한다. MC에서 움직임 벡터와 IDCTQ의 출력, 그리고 INTRA 신호로 화면이 복원되고 이 복원된 화면은 버퍼에 저장된다. 화면 버퍼의 복원된 화면은 CCIR 656 형식으로 변환되어 CDIR[7:0]으로 출력되고, NTSC 부호기의 입력이 된다. SDRAMITF는 화면 버퍼로부터 요청된 읽기/쓰기 동작을 수행한다. 비디오 엔코더(8)는 디지털 비디오 시그널을 아날로그 영상신호로 바꾸어 주어 모니터로 영상을 볼 수 있게 해준다.
도 2는 상기 도 1의 VIU-CONTROL의 블록 구성도를 나타낸다.
도면을 참조하면, MPEG 엔코더/CPU/비디오 스트림 디코더/VLD/오디오 인터페이스(10)는 블록간 신호를 전달하기 위해 적절한 형식으로 변환 전달과 필요로 하는 신호를 생성 전달하는 기능을 수행한다.
먼저, MPEG 엔코더 인터페이스는 MPEG 엔코더(13)의 동작 모드 설정과 레이트-콘트롤을 위한 처리기능을 수행하며 모션 디텍션 기능을 수행한다. 이러한 처리는 CPU(14)와 연계하여 이루어진다.
CPU 인터페이스는 CPU의 제어 프로그램(RC, 테스트, 동작상태 모티터링)을위한 데이터의 입출력을 다른 블록, 예컨대 MPEG 엔코더(13), 송수신 프레임 구성기(MUX)(12)와 연계하여 동작한다. 여기서, 상기 멀티플렉서(12)는 송신패킷을 구성하고 복원하는 기능과 송수신 조작 정보를 처리하는 기능을 수행한다.
비디오 스트림 디코더 인터페이스는 디지털 비디오 동기 신호를 MPEG 엔코더(13)와 연결하며, 프레임-레이크 조절과 디지털 화면 데이터를 변환하는 기능을 수행한다.
VLD 인터페이스는 수신된 압축 비트열의 복원을 위한 VLD(15)와 인터페이스로 비트열을 바이트열로 전송하고 복호정보를 입력으로 받는다.
오디오 인터페이스는 오디오 부호기/복호기(16)와의 인터페이스로 부호화된 오디오 비트열은 상기 MUX(12)와 연결되고, 수신 프레임의 오디오는 오디오 복호기로 전달된다.
한편, MPEG 엔코더/CPU/비디오 스트림 디코더/VLD/오디오 인터페이스(10)에서는 병렬데이터(바이트열)를 MPEG 엔코더(13)로부터 바이트열로 읽어 전송패킷 구성을 위한 비트열로 변환하는 기능을 수행한다. 패킷의 영상영역은 1Mbps 전송에서 3바이트이며, 2Mbps 전송에서는 7바이트로 할당되며, 나머지 영상영역 5비트는 영상 패킷의 유효여부를 나타내는 데이터로 사용된다. 또한, 3비트 이상이 '1'의 값일 때 유효 데이터임을 나타내고, 그렇지 않을 경우에는 무효 데이터임을 나타낸다.
예컨대, 1Mbps 패킷구조는 하기와 같으며,
FAS DN A VFLAG(5bit) VDATA(56bit)
2Mbps 패킷구조는 하기와 같다.
FAS DN A VFLAG(5bit) VDATA(24bit)
바이트열을 비트열로 변환함에 있어서 VFLAG의 값은 "00000" 이나 "11111"이고, "00000" 일 때 무효데이터를 나타내며, VDATA는 모두 '0'이 된다. 그리고, FAS에서 송신 패킷을 구성할 충분한 데이터가 있으면 VFFLAG를 "11111"로 출력한 후, 데이터를 출력한다. 한편, 패킷구성에 필요한 데이터가 준비되지 않을을 때에는 VFLAG와 VDATA를 모두 '0'으로 출력함과 동시에 다음 출력할 압축된 화면데이터(MPEG 비트열)를 MPEG 엔코더(13)에 요청하는 과정을 패킷단위로 반복 수행한다. 그리고, 다음에 전송할 데이터의 요청은 송신데이터가 준비되어 요청가능할때까지 계속 이루어진고, 송신은 패킷영상 부분동안 계속 적절한 값이 출력된다.
한편, 직렬 데이터를 병렬 데이터로 변환하는 기능은 입력 패킷에서 영상 부분만을 취해 매 8비트마다 데이터와 유효신호를 출력하게 된다.
그리고, 영상의 복호 출력이 오디오의 복호보다 시간적으로 늦게 이루어질 경우, 오디오가 영상과 맞지 않아 일찍 들리는 립씽크 현상이 나타나게 된다. 이러한 립씽크 현상을 제거하기 위해서는 오디오를 영상복호 출력이 이루어질때까지 지연한다. 이러한 기능은 FIFO 구조로 이루어져 있는 오디오 수신 버퍼(17)가 담당한다. 영상 복호 출력의 지연 기간을 나타내는 신호가 VLD(15)로부터 입력될 경우, 입력된 신호가 "하이"인 상태일 경우에는 오디오 수신버퍼(17)의 출력이 이루어진다. 반면, 입력된 신호가 "로우"인 상태에서는 계속해서 입력 데이터를 버퍼에 저장하며, 버퍼가 넘칠 경우에는 먼저 들어온 데이터를 버린다.
상술한 바와 같이 본 발명에서는, 유무선의 통신 인프라를 통해 전송하고자 하는 동영상은 MPEG으로 압축하여 데이터 스트림을 만들고, EPLD 내부에서 오디오 신호와 전송프레임 구조에 따라 다중화하여 이를 선로정합부에서 HDB3 코딩하여 바이폴라 신호로 전송하도록 구현한다. 또한, EPLD 내부에서는 상기 바이폴라 신호를 루프백하여 자체적으로 영상을 검증 확인할 수 있도록 한다. 또한, 수신된 데이터 열은 EPLD 내부에서 역다중화하여 비디오와 오디오 신호를 분리한 후 이를 IDCT하여 영상을 복원하여 모니터로 실시간에 동영상을 송수신함으로써, 무선 전송 장비인 VHF장비와 연동하여 사용할 수 있는 장점이 있다.

Claims (3)

  1. 삭제
  2. 상기 동영상은 MPEG으로 압축하여 데이터 스트림을 만들고, EPLD 내부에서 오디오 신호와 전송프레임 구조에 따라 다중화하여 이를 선로정합부에서 HDB3 코딩하여 바이폴라 신호로 전송함을 특징으로 하는 동영상 압축 및 오디오 신호를 다중화하여 양방향 전송방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 바이폴라 신호는 EPLD 내부에서 루프백되어 자체적으로 검증 확인함을 특징으로 하는 동영상 압축 양방향 전송방법.
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