KR100390740B1 - 영상신호부호화방법및부호화기 - Google Patents

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Abstract

이전영상과 현재의 영상내의 물체를 새로운 물체, 없어진 물체, 작은 물체, 큰 물체로 구분하여 4개의 물체모드를 결정하는 물체모드 결정부(30)를 포함하는 복호화기를 제공하고, 프레임군(P1,B1,B2,P2)을 비교하여 동영상 에러를 줄이고 각 프레임을 영상신호의 각 프레임들의 움직임보상 불가능지역(MF-region; Model Failure region), 움직임보상 가능지역(mC-region: Model Compliance region), 드러난 배경영역(Uncovered background), 배경영역(Background region)들로 구분하며, 프레임의 종류에 따라 신호정보가 부호화되는 영역들용 프레임과 예측에 사용되는 프레임을 달리하여 부호화시키는 영상신호 부호화 방법을 제공하고자 하는 것으로 물체를 모드별로 구분하여 복호화 시킴으로써 복호데이타를 줄일 수 있다.

Description

영상신호 부호화 방법 및 부호화기
일반적으로 비디오폰, 영상회의 등을 ISDN망을 이용하여 제공하는 H.261과 공중전화망(PSTN)을 이용한 비디오폰 서비스를 위한 H.263등이 세계 표준화되었다.
이렇게 비디오폰과 같이 초저속 동영상을 제공하는 상기 H.261 및 H.263은 화상의 품질이 저하되어 이의 고급화가 요망되고 있다. 한편, 동화상 관련기술은 DSM(Digital Storage Media)을 위한 MPEG1, DSM, HDTV, ATV등을 위한 MPEG2등이 제안되었다.
기존의 H.261, H.263, MPEG1, MPEG2 기술은 블럭을 기반으로 한 부호화 방법을 채택하고 있으나 초저속 전송 응용에는 화질의 저하가 두드러진다. 이를 위해 MPEG4는 기존의 방식과 차별화 된 전혀 새로운 방식의 접근을 모색하고 있는데, 여러 코딩방식(Subband Coding, Region Based Coding, Model Based Coding, Object Oriented Coding)이 고려되고 있는 상태이다.
상기 물체중심 부호화방식(Object Oriented Coding)은 블럭을 기반으로 하지 않고 두 영상간을 움직이는 영역인 물체(Object)를 기반으로 함으로써 전체영상을 배경(Background), 드러난 영역(Uncovered Region), 움직임 보상이 가능한 영역(MC-Region), 움직임 보상이 불가능한 영역(MF-Region)으로 구분하여 부호화하는 방식이다.
그러나 이를 구현하는 방식은 제조사마다 상이하여 표준화를 이루지 못하고 있는 실정이다.
본 발명은 이를 해결코자 하는 것으로, 영상신호의 부호화시 프레임 그룹내 에서는 프레임 간격을 같게 하며, 가변될 필요가 있는 경우는 프레임 그룹내의 프레임 간격을 동일하게 증감시켜 부호화 효율을 놓일 수 있도록 함을 특징으로 한다.
즉, 본 발명은 프레임군(P1,B1,B2,P2)을 비교하여 동영상 에러를 줄이고 각 프레임을 영상신호의 각 프레임들의 움직임보상 불가능지역(MF-regiion; Model Failure region), 움직임보상 가능지역(MC-region; Model Compliance region), 드러난 배경영역(Uncovered background), 배경영역(Background region)들로 구분하며, 프레임의 종류에 따라 신호정보가 부호화되는 영역들용 프레임과 예측에 사용되는 프레임을 달리하여 부호화시키는 영상신호 부호화 방법을 제공하려는 것이다.
또한 본 발명은 이전영상과 현재의 영상내의 물체를 새로운 물체, 없어진 물체, 작은 물체, 큰 물체로 구분하여 4개의 물체모드를 결정하는 물체모드결정부를 가지는 영상신호 부호화기를 제공하려는 것이다.
즉, 본 발명은 연속영상(Frame sequence)을 재배열하여 출력하는 재배열부, 재배열된 원 영상의 물체정보를 추출하는 물체영상형성부, 이전영상과 현재의 영상내의 물체를 새로운 물체, 없어진 물체, 작은 물체, 큰 물체로 구분하여 4개의 물체모드를 결정하는 물체모드결정부, 모드별로 모양정보와 순방향 움직임과 정보를 추출 및 부호화하고 B 영상에 대해서는 역방향움직임정보도 추출하여 각 물체를 드러난 영역, 배경, 움직임보상가능영역, 움직임보상 불가능영역의 4가지 영역으로 세분화시켜 영상을 형성시켜 추출된 크래스 마스크와 순방향 및 역방향 움직임 정보를 출력시키는 영상분석부, 영역별로 구분된 크래스 마스크 영상과, 움직임정보, 배경 메모리 등을 이용하여 신호정보를 부호화하고 B프레임의 경우 효율이 좋은 선택된 역방향 움직임 정보도 부호화하는 신호부호화부, 일정한 전송율로 송신하기 위해 신호 부호화된 정보량을 조절하는 부호화기 제어부, 배경 및 영상을 재현하기위한 신호 복호화부, 다음 입력영상을 처리하는 과정에서 신호복호화부를 통해 재현된 영상이 물체모드결정부, 영상분석부 및 신호복호화부의 부호화시 사용되도록 재현 영상정보를 저장하는 메모리부, 영상복호에 필요한 물체모드 결정부, 영상분석부 및 신호부호화부에서 출력된 부호화된 비트열을 허용된 전송율에 맞추기 위해 전송하는 버퍼부로 이루어진다.
이하 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
제 1 도에 나타나 있는 시간적인 구조를 살펴보면 GOF(Group Of Frame)부분이 나타나 있다. GOF는 부호화되는 프레임들의 그룹으로서 P 프레임과 B프레임이라는 두 종류의 프레임들로써 구성된다. P 프레임은 이전의 P프레임만을 사용하여 부호화된다. P프레임은 움직임보상 불가능지역(MF-region; Model Failure region), 움직임보상 가능지역(MC-region; Model Compliance region), 드러난 배경영역(Uncovered background), 배경영역(Background region)으로 나눈 후 각각의 변화된 신호정보를 다른 비중을 두어 전부 부호화한 뒤, 전송한다.
이 경우, P 프레임 사이에 2개의 B 프레임이 존재하는 바, 즉, P1,B1,B2,P2 순서로 화면이 전송되는 데, 본 발명에서는 P2-프레임은 P1-프레임으로부터 예측된 정보만을 이용하여 부호화하고, P-프레임 사이의 B1-프레임은 P1-프레임 및 P2-프레임을 모두 사용하여 예측하고 부호화한다. 상기에서 4개 지역으로 구분된 영역들을 P프레임의 경우 본 발명은 각 영역을 구분할 수 있는 모양정보를 전송하고 움직임 보상 불가능 지역 및 움직임 보상 가능 지역은 이전 P1 프레임으로부터 이동 보상 예측된 신호를 사용하여 부호화한다. 그리고 드러난 배경영역과 배경 영역은 이동정보를 이용하지 않는다.
B 프레임은 P 프레임과 마찬가지로 네 가지 영역들로 구분한 후, 움직임 보상 불가능 영역의 신호정보만을 부호화하여 전송한다. B 프레임의 모든 영역들은 양쪽의 P프레임들 중 선택적으로 사용하여 부호화되고 재현된다.
B-프레임의 경우 P프레임과 마찬가지로 영상을 움직임보상 불가능영역, 움직임보상 가능영역, 드러난 영역, 배경영역으로 나눈 후 이 중 움직임보상 불가능영역만을 부호화한다.
움직임보상 불가능영역은 P1-프레임과 P2-프레임으로부터 순방향 혹은 역방향 이동 보상(Motion compensation)을 이용하고, 움직임보상 가능지역은 가까운 P-프레임으로부터 이동보상 예측을 이용하며, 배경영역은 가까운 P-프레임으로부터의 반복을 이용하며, 드러난 배경영역은 P1-프레임과 P2-프레임으로부터 선택적인 반복을 이용한다.
지연시간을 줄이기 위해 B1-프레임의 경우, P2-프레임으로부터의 예측을 이용하지 않을 수도 있다.
비트할당(Bit Allocation)은 GOF(Group of Frame)단위로 먼저 할당한 후, 3프레임 각각의 비트할당은 각 프레임의 움직임보상 불가능지역의 화질이 비슷하도록 할당하고 GOF내에서는 프레임 간격을 같게 하며, 버퍼(Buffer)의 상황에 따라 프레임율(Frame rates)이 가변 될 필요가 있는 경우는 GOF내의 프레임 간격을 동일하게 증감시킨다.
제 2 도는 본 발명의 부호화기 구성도로, 연속영상(Frame sequence)을 재배열하여 출력하는 재배열부(10), 재배열된 원 영상의 물체정보를 추출하는 물체영상형성부(20), 이전영상과 현재의 영상내의 물체를 새로운 물체, 없어진 물체, 작은 물체, 큰 물체로 구분하여 4개의 물체모드를 결정하는 물체모드 결정부(30), 모드별로 모양정보와 순방향 움직임 정보를 추출 및 부호화하고 B영상에 대해서는 역방향 움직임 정보도 추출하여 각 물체를 드러난 영역, 배경, 움직임보상가능영역, 움직임보상불가능영역의 4가지 영역으로 세분화시켜 영상을 형성시켜 추출된 크래스 마스크와 순방향 및 역방향 움직임 정보를 출력시키는 영상분석부(40), 영역별로 구분된 크래스 마스크 영상과, 움직임정보, 배경 메모리 등을 이용하여 신호정보를 부호화하그 B프레임의 경우 효율이 좋은 선택된 역방향 움직임 정보도 부호화하는 신호 부호화부(50), 일정한 전송율로 송신하기 위해 신호 부호화된 정보량을 조절하는 부호화기 제어부(60), 배경 및 영상을 재현하기 위한 신호 복호화부(70), 다음 입력영상을 처리하는 과정에서 신호복호화부(70)를 통해 재현된 영상이 물체모드 결정부(30), 영상분석부(40), 및 신호부호화부(50)의 부호화시 사용되도록 재현 영상정보를 저장하는 메모리부(80), 영상복호에 필요한 물체모드 결정부(30), 영상분석부(40) 및 신호부호화부(50)에서 출력된 부호화된 비트열을 허용된 전송율에 맞추기 위해 전송시키는 버퍼부(90)로 이루어된다.
이와 같이 구성되는 본 발명에서의 부호화기 동작을 설명한다.
우선 제 1 도는 연속영상(Frame sequence)의 시간적 구조를 나타낸다. 프레임(1)과 첫 번째 프레임(P1)을 제외한 다음 B 프레임(B1,B2)과, P 프레임(P2)까지를 GOF(Group Of Frame)단위로 정해 GOF 단위로 비트할당 작업이 실행된다.
연속영상은 I,P,B 프레임으로 구성되고 프레임(I)은 영상내 중복성 정보만을 이용한 영상내 비예측 부호화되고, 프레임(P)은 영상내 및 영상간 중복성 정보를 모두 이용하여 비예측 및 예측부호화하고, 프레임(B1,B2)은 영상내 중복성 정보 및 순방향, 역방향의 영상간 중복성 정보를 이용하며 부호화된다. 입력영상의 순서는 IP1, B1, B2, P2, B'1B'2P3....등의 순이고, 이를 처리하기 위해서는 IP1, B1, B2, P2, B'1B'2P3....등의 순으로 재배열시킨다. 이러한 재배열은 본 발명에서의 재배열부(10)에서 실행하고, 영상내 및 영상간 정보를 이용해 영상내의 물체정보를 추출하여 마스크 영상을 작성하는 물체영상형성부(20)를 거쳐 입력되는 두 영상의 마스크 정보를 이용, 시간축 상의 존재여부와 크기에 따라 물체모드결정부(30)에서 4가지 모드의 물체(Object)로 결정해 준다.
구체적으로 제 3 도와 같이 재배열된 연속영상을 기본으로 물체영상형성부(20)에서 물체의 마스크 영상을 추출하고 물체모드 결정부(30)에서 제 4 도와 같이 물체모드를 결정한다.
본 발명에서의 모드결정방식은 이전 영상에만 존재하면 제 4 도의 프레임(P1)에 나타낸 바와 같이 모드1(M1)로, 현재 영상에만 존재하면 제 3 도 프레임(P2)내의 모드2(M2)로, 두 영상 모두에 존재하나 크기가 정해진 임계값보다 작으면 제 4 도 모드3(M3)으로, 크면 제 4도 모드4(M4)로 구분하는 것이다.
즉, 프레임(P2)을 입력할 때, 이전영상은 프레임(P1)이 되고 프레임(B1)을 입력시는 이전영상은 프레임(P1)이 되고, 프레임(B2)은 프레임(P2)이 된다. 이렇게 물체별 모드가 결정되면, 모드가 결정된 이전과 현 영상에 대한 물체 마스크 영상을 이용하여 영상분석부(40)에서 영상을 분석한다. 영상분석에 따른 크래스 마스크는 제 5 도와 같이 모드가 1인 경우, 드러난 배경(제 5 도의 SUB1)으로, 모드2인 경우는 이동보상이 불가능한 영역(SMF)으로, 모드3인 경우 현 영상내의 물체는 이동보상이 가능한 영역(SMC3)으로, 이전 영상내의 물체는 드러난 배경(SUB3)으로, 모드 4인 경우는 이전 영상에만 있고 현재 영상에는 영역구분이 없는 영역(SUB)을 드러난 배경으로, 현재 영상 물체는 이동보상이 가능하면 이동보상이 가능한 영역(SMC4)으로, 불가능하면 이동보상이 불가능한 영역(SMF4)으로 클래스를 구별하여 정보를 저장한다.
이때 이 모든 정보를 지닌 영상을 클래스 마스크라 정의한다.
상기 영상분석부(40)에서 클래스 마스크를 작성할 때, 프레임(P2)을 비롯한 P영상이 입력될 때는 순방향 예측만을 실행하고(제 1도의 실선), B영상이 입력될 때는 프레임(B1)일 경우 프레임(P1)에서, 프레임(B2)일 경우 프레임(P2)에서 순방향 예측을 하고, 이동보상이 불가능한 영역에서의 프레임(B1)은 프레임(P2)에서, 프레임(B2)은 프레임(P1)에서 역방향 예측하여 이동벡터를 구한다. 본 발명에서는 전자를 순방향, 후자를 역방향이동보상으로 정의한다.
제 1 도에서는 순방향을 실선으로 역방향을 점선으로 표시하였다.
영상분석부(40)에서 각 영역(SUBSMCSMFSBK)을 구분 지어 제 5도와 같이 클래스 마스크를 만들고, 각 영역에 대한 모양정보와 순방향 이동벡터를 추출하여 신호 부호화부(50)로 보내고 2 정보를 부호화하여 버피부(90)로 보낸다.
또한 프레임(B)내의 이동보상 불가능영역(SMF)내에서 추출한 제 2 도에 나타낸 역방향 이동벡터(Mb)들을 신호 부호화부(50)로 보낸다.
신호 부호화부(50)에서는 영상분석부(40)로부터 순, 역방향 움직임 정보(Mf,Mb)와 클래스 마스크를 이용하여 구분된 영역에 따라 신호를 부호화하고, 특히 신호 부호화부(50)로 제공되는 프레임(B)내의 이동보상 불가능 영역(SMF)은 순방향 및 역방향중 부호화 효율을 비교하여 부호화 효율이 뛰어난 이동 정보만을 이용해서 예측 부호화하여 이를 버퍼부(90)로 전송한다.
일정한 전송율을 갖는 신호를 이용해서 부호화된 데이타를 전송하기 위해서는 버퍼부(90)에 전송되는 부호화된 정보량을 조절해 주어야 한다.
이를 조절하기 위해 부호화기 제어부(60)에서 버퍼부(90)내의 저장 정도에 따라 신호 부호화부(50)의 출력을 제어한다.
신호 부호화된 정보량은 또한 신호 복호화부(70)에서 다음 입력 영상 처리시 배경 및 영상을 재현하도록 복호 시킨다.
이렇게 신호 복호화부(70)를 통해 재현된 영상은 메모리부(80)에 저장시키는 바, 이를 물체모드결정부(30), 영상분석부(40) 및 신호부호화부(50)의 부호화를 위해 사용하기 위함이다.
이상과 같이 본 발명은 물체를 모드별로 구분하는 방식을 사용하여 물체의복호데이타를 줄일 수 있다.
제 1 도는 본 발명에서의 연속영상 설명도,
제 2 도는 본 발명의 부호화기 구성도,
제 3 도는 본 발명을 설명하는 연속영상도,
제 4 도는 본 발명을 설명하는 영상모드 설명도,
제 5 도는 본 발명을 설명하는 크래스 마스크 설명도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 재배열부 20 : 물체영상형성부
30 : 물체모드결정부 40 : 영상분석부
50 : 신호부호화부 60 : 부호화기제어부
70 : 신호복호화부 80 : 메모리부
90 : 버퍼부

Claims (11)

  1. 프레임군(P1,B1,B2,P2)을 비교하여 동영상 에러를 줄이고 각 프레임을 영상신호의 각 프레임들을 움직임보상 불가능지역(MF-region; Model Failure region), 움직임보상 가능지역(MC-region; Model Compliance region), 드러난 배경영역(Uncovered background), 배경영역(Background region)들로 구분하며, 프레임의 종류에 따라 신호정보가 부호화되는 영역들용 프레임과 예측에 사용되는 프레임을 달리하여 부호화시킴을 특징으로 하는 영상신호 부호화 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    프레임(P2)은 프레임(P1)으로부터만 예측을 하고 프레임(P)사이의 프레임(B1)은 프레임(P1)으로부터 예측을 하며 예측 이득을 높이기 위해 프레임(P2)으로부터도 예측을 할 수 있고, 마찬가지로 프레임(B2)은 프레임(P2)으로부터만 예측을 하며 예측이득을 높이기 위해 프레임(P1)으로부터도 예측을 할 수 있도록 함을 특징으로 하는 영상신호 부호화 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    프레임(P2)의 경우 영상을 움직임보상 불가능지역, 움직임보상 가능지역, 드러난 영역, 배경영역으로 나눈 후, 각각을 다른 비중을 두어 전부 부호화함을 특징으로 하는 영상신호 부호화 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    움직임보상 불가능지역과 움직임보상 가능지역은 이동보상 예측을 이용하는 반면, 드러난 영역과 배경영역은 이동보상 예측을 이용하지 않음을 특징으로 하는 영상신호 부호화 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    드러난 영역과 배경영역은 배경 메모리 데이타를 이용하는 반면, 움직임보상 불가능지역과 움직임보상 가능지역은 배경 메모리 데이타를 이용하지 않음을 특징으로 하는 영상신호 부호화 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    프레임(B)의 경우, 영상을 움직임보상 불가능지역, 움직임 보상 가능영역, 드러난 영역, 배경영역으로 나눈 후 이 중 움직임 보상 불가능영역만을 부호화함을 특징으로 하는 영상신호 부호화 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    움직임보상 불가능영역은 프레임(P1)과 P2-프레임(P2)으로부터 순방향 혹은역방향 이동보상 중 어느 하나를 이용할 수 있고 움직임보상 가능지역은 가까운 P-프레임으로부터 이등보상 예측을 이용할 수 있으며, 배경영역은 가까운 P-프레임으로부터의 반복을 이용하며, 드러난 영역은 프레임(P1)과 P2-프레임(P2)으로부터 선택적인 반복을 이용할 수 있으며, 지연시간을 줄이기 위해 프레임(B1)의 경우, 프레임(P2)으로부터의 예측을 이용하지 않음을 특징으로 하는 영상신호 부호화 방법.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서
    비트 할당은 GOF(Group of Frame) 단위로 먼저 할당한 후, 3 프레임 각각의 비트 할당은 각 프레임의 움직임보상 불가능지역의 화질이 비슷하도록 할당함을 특징으로 하는 영상신호 부호화 방법.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    GOF내에서는 프레임 간격을 같게 하며, 버퍼의 상황에 따라 프레임율이 가변될 필요가 있는 경우는 GOF내의 프레임 간격을 동일하게 증감시킴을 특징으로 하는 영상신호 부호화 방법.
  10. 이전영상과 현재의 영상의 물체의 영상내의 물체를 새로운 물체, 없어진 물체, 작은 물체, 큰 물체로 구분하여 4개의 물체모드를 결정하는 물체모드 결정부(30)를 포함하는 복호화기.
  11. 연속영상(Frame sequence)을 재배열하여 출력하는 재배열부(10), 재배열된 원 영상의 물체정보를 추출하는 물체영상형성부(20), 이전영상과 현재의 영상내의 물체를 새로운 물체, 없어진 물체, 작은 물체, 큰 물체로 구분하여 4개의 물체모드를 결정하는 물체모드 결정부(30), 모드별로 모양정보와 순방향 움직임과 정보를 추출 및 부호화하고 B 영상에 대해서는 역방향 움직임 정보도 추출하여 각 물체를 드러난 영역, 배경, 움직임보상가능영역, 움직임보상불가능영역의 4가지 영역으로 세분화시켜 영상을 형성한 후 추출된 크래스 마스크와 순방향 및 역방향 움직임정보를 출력시키는 영상분석부(40), 영역별로 구분된 크래스 마스크 영상과, 움직임정보, 배경메모리 등을 이용하여 신호정보를 부호화하고 B프레임의 경우 효율이 좋은 선택된 역방향 움직임정보도 부호화하는 신호부호화부(50), 일정한 전송율로 송신하기 위해 신호부호화 된 정보량을 조절하는 부호화기 제어부(60), 배경 및 영상을 재현하기 위한 신호 복호화부(70), 다음 입력영상을 처리하는 과정에서 신호 복호화부(70)를 통해 재현된 영상이 물체모드결정부(30), 영상분석부(40) 및 신호부호화부(50)의 부호화시 사용되도록 재현 영상정보를 저장하는 메모리부(80), 영상 복호에 필요한 물체모드 결정부(30), 영상분석부(40) 및 신호부호화부(50)에서 출력된 부호화된 비트열을 허용된 전송율에 맞추기 위해 저송하는 버퍼부(90)로 구성된 것을 특징으로 하는 영상신호 부호화기.
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