KR100396173B1 - 가변길이 복호화 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 영상 압축 복호화를 위한 가변 길이 복호화장치에 관한 것으로, 특히, 적은 수의 비트를 처리할 수 있는 배럴쉬프터(Barrel Shifter)를 이용하여 긴 부호열을 2단계에 걸쳐 검출함으로써 장치의 복잡도를 줄이고 소모 전력을 감소시킬 수 있어 저전력용 영상 코덱의 구현에 이용될 수 있는 가변길이 복호화장치에 관한 것이다.

Description

가변길이 복호화 장치{VARIABLE LENGTH DECODER}

본 발명은 가변길이 복호화 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가변길이 검출에서 발생하는 부호의 최대 길이 보다 작은 크기의 배럴쉬프터를 사용하여 회로의 크기 및 소모 전력을 감소시키고 이후에 발생하는 가변길이 부호를 미리 검출할 수 있는 기능을 갖는 가변길이 복호화장치에 관한 것이다.

동영상 신호의 압축 부호화 및 복호화는 저속 채널(low rate channel)을 통한 동영상 정보의 전송을 가능하게 할 뿐만 아니라 해당 영상을 저장하는데 요구되는 메모리의 용량을 감소시킬 수 있기 때문에, 이러한 압축 부호화 및 복호화 기술은 동영상의 저장(storage), 전송(transmission) 등의 응용(application)을 요구하는 멀티미디어(multimedia) 산업에 있어서 매우 중요한 기술이다. 한편, 멀티미디어 산업의 확대와 정보의 호환성을 위하여 이러한 정보 압축 방법의 표준화 작업의 필요성이 대두되면서 현재까지 다양한 응용을 중심으로 동영상 표준화 방안이 마련되었다. 예를 들면, 영상 전화(video phone), 영상 회의(video conferencing) 등을 위한 동영상 정보를 ISDN(Integrated Service Digital Network)을 이용하여 전송하기 위한 ITU-T(International Telecommunication Union - Telecommunication Standardization Sector; 국제전기통신연합 - 전기통신표준화부문, 전 CCITT)의 H.261, 공중 전화망(Public Switched Telephone Network; PSTN)을 이용하여 동영상 정보를 전송하기 위한 ITU-T의 H.263, DSM(Digital Storage Media)에의 동영상 저장을 위한 ISO/IEC JTC1/SC29/WG11 (International Standardization Organization/International Electrotechnical Commission JointTechnical Committee 1/Sub Committee 29/Working Group 11) MPEG(Moving Picture Experts Group)의 MPEG-1, EDTV(Enhanced Digital Television), HDTV(High Definition Television) 등의 고화질 디지털 방송(digital broadcasting)을 위한 MPEG-2 등이 대표적인 동영상 부호화 및 복호화의 표준화 방법이다. 그리고 정지 영상(still image) 신호의 압축 부호화도 표준화 작업이 수행되었는데 ISO/IEC JTC1/SC29/WG1의 JPEG(Joint Photographic Coding Experts Group)이 있다.

도 1은 종래의 영상 압축 복호화 장치의 개략도이다. 영상 압축 부호화 장치로부터 수신된 변환계수와 움직임 벡터의 비트스트림(bitstream)들은 가변길이 복호화부(VLD; Variable Length Decoding)(1)에 의해 가변길이복호화된다. 가변길이복호화된 변환계수들은 역양자화부(2)와 역변환부(3)를 통하여 복호화되고, 가변길이복호화부(1)에서 얻어진 움직임 벡터 정보는 움직임 예측 및 보상부(4)에 입력되어 움직임 보상 예측에 이용된다. 부호화 장치로부터 전송된 정보를 수신하여 영상을 복원하는 디지탈 영상 복호화 장치에서는 부호화 장치와 동일한 영상을 복원하기 위하여 수신된 움직임 벡터를 복호화하고 움직임 보상 예측을 수행한다.

가변길이부호화(variable length coding)는 고정된 길이의 데이터에 발생확률에 따라 길이가 가변적인 코드워드(codewords)를 할당하여 부호화하는 것으로, 영상 데이터를 압축처리하는 하나의 방법이다. 구체적으로 발생확률이 높은 코드워드에 대해서는 작은 비트를 할당하고, 발생확률이 낮은 코드워드에 대해서는 많은 비트를 할당한다. 일반적으로 부호화 과정은 입력 데이터와 테이블을 서로 매치시키기 위한 테이블-룩업 과정(table-lookup process)에 의해 구현될 수 있다. 코드워드와 워드의 길이를 VLC 테이블에 저장해 두고 데이터 채널의 일정한 데이터율(data rate)에 따라 순차적으로 출력하는 것이다. 그러나, 수신단에서의 복호화 과정은 훨씬 복잡하다. 가변길이 속성 때문에, 각 코드워드는 소스 심벌로 복호화되기 이전에 수신된 비트 스트링(bit string)으로부터 적절하게 절단되어야 한다. 따라서, 가변길이복호화기의 설계는 가변길이부호화기의 설계 보다 더 어려운 것이 일반적이다.

일반적인 동영상 복호화 방법 및 장치에서는 가변길이 복호화를 수행함에 있어 배럴쉬프터를 이용하여 여러 개의 비트로 구성된 부호를 한번에 복호화하는 병렬복호화 방법과, 쉬프트입력 레지스터를 이용하여 한번에 한 비트씩 복호화하는 직렬복호화 방법이 사용된다. 병렬복호화 방법은 주로 고속의 데이터 처리가 요구되는 장치에 사용되나 복호화하고자 하는 부호의 길이가 긴 경우 회로의 복잡도가 기하급수적으로 높아진다. 직렬복호화 방법은 회로의 복잡도가 낮은 반면 처리 속도가 매우 늦다는 단점이 있다. 일반적으로 널리 사용되는 방법은 병렬복호화 방법이다.

병렬복호화 방법을 사용하는 경우, 발생 가능한 최대 길이의 부호를 복호화할 수 있도록 배럴쉬프터의 길이를 결정한다. 예컨대, ISO/IEC MPEG-4에서는 DC 마커(19비트), 움직임 마커(Motion Marker)(17비트) 등의 긴 길이의 가변 길이 부호가 사용되므로, 병렬복호화 방식의 가변길이 검출기를 사용하는 경우, 이를 처리하기 위해서는 19비트 이상의 배럴쉬프터를 사용해야 한다. 또한, ISO/IEC MPEG-4에서는 바이트(Byte) 단위로 데이터를 정렬시키도록 하는 구문(syntax)이 사용되므로 이를 처리하기 위해서는 8비트의 배수에 해당하는 배럴쉬프터를 사용하여야 한다. 따라서, ISO/IEC MPEG-4에서는 병렬복호화 방식으로 가변길이 검출을 수행하기 위해서는 24비트 이상의 배럴쉬프터를 사용해야 한다.

도 2는 종래의 병렬복호화 방식의 가변길이 복호화 장치의 하나의 구현예를 도시한 것이다. 이러한 종래의 가변길이복호화장치는 입력되는 비트스트림을 저장하는 입력 레지스터R0, R1(10, 11); 입력 비트열을 임의의 비트수만큼 쉬프트시키는 배럴쉬프터(30); 배럴쉬프터의 출력으로부터 부호의 값과 길이를 구하는 VLC 테이블(50); 및 VLC 테이블(50)로부터 얻어진 부호의 길이로부터 쉬프트할 비트수를 결정하는 누산기(40)로 구성된다. 일례로 16비트 길이의 배럴 쉬프터(30)를 사용하는 경우 배럴 쉬프터(30)는 입력 레지스터 R0(10)와 입력 레지스터 R1(11)으로부터 32 비트를 입력받아, 누산기(Accumulator)(40)로부터 입력받은 쉬프트카운터 만큼 쉬프트한 16비트 값을 VLC 테이블(50)로 출력한다. 입력 레지스터 R0(10)와 입력 레지스터 R1(11)은 각각 16비트로 구성되어 있다. 배럴쉬프터(30)의 출력은 VLC 테이블(50)을 통하여 복호화되어 부호(Symbol)의 값(Value)과 길이(Length)를 얻는다. 이 때 얻어진 길이를 누산기(40)로 전달하여 배럴쉬프터(30)에서 쉬프트할 길이를 결정한다. 쉬프트할 비트 수가 배럴쉬프터(30)의 비트수를 넘어가는 경우 캐리가 발생하여 입력 레지스터 R1(11)에 새로운 입력 비트열이 저장되고, 입력 레지스터 R0(10)에는 입력 레지스터 R1(11)의 값이 저장된다.

이와 같은 종래의 가변길이 복호화 장치에서 배럴쉬프터(30)는 다수의 역다중화기로 구성되며, 처리할 수 있는 비트수에 따라 그 복잡도가 기하급수적으로 증가한다. 예를 들어, 16비트 길이의 배럴쉬프터(30)는 16비트 입력의 역다중화기 16개로 구성되며, 24비트 길이의 배럴쉬프터(30)는 24비트 입력의 역다중화기 24개로 구성된다. 따라서 24비트의 배럴쉬프터(30)를 사용하는 경우 회로의 복잡도가 2배 이상 증가한다. 이와 같이 회로의 복잡도가 증가하는 경우 가변길이 복호화기의 제작이 어려워질뿐만 아니라 장치의 소모전력이 많아지는 문제점이 발생한다.

본 발명의 하나의 목적은 상술한 종래 기술의 문제점을 극복하는 것으로, 가변길이 복호화기의 입력단 입력 레지스터를 3개 사용하고 배럴쉬프터와 입력 레지스터 사이에 다중화부를 두어 필요에 따라 3개의 입력 레지스터 중에서 2개의 입력 레지스터만 사용하도록 함으로써, 하드웨어의 복잡도를 줄이고 전력소모량을 감소시킨 가변길이복호화장치를 제공하는 것이다.

즉, 본 발명은 3개의 입력 레지스터를 포함하고, 입력되는 비트스트림을 저장하는 입력 레지스터부;

입력 레지스터부의 출력을 선택적으로 배럴 쉬프터로 전달하는 다수의 다중화기를 포함하는 다중화부;

입력 비트열을 임의의 비트수만큼 쉬프트시키는 배럴쉬프터;

배럴쉬프터의 출력으로부터 부호의 값과 길이를 구하는 VLC 테이블;

VLC 테이블로부터 얻어진 부호의 길이로부터 쉬프트할 비트수를 결정하여 배럴쉬프터에 입력시키는 누산기를 포함하는 가변길이복호화장치로서;

상기 장치가 짧은 길이의 가변 길이 부호를 복호화할 때에는 상위 2개의 입력 레지스터를 선택하고, 긴 길이의 가변 길이 부호를 복호화할 때 1단계에서 상위 2개의 입력 레지스터를 선택하고, 2단계에서 하위 2개의 입력 레지스터를 선택하여 2단계에 걸쳐 가변길이 부호를 복호화하는 것을 특징으로 하는 가변길이 복호화 장치를 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 디지털 영상 압축 복호화 장치의 블록도,

도 2는 종래의 가변길이 복호화 장치의 블록도,

도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 가변길이 복호화 장치의 블록도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1: 가변길이복호화부 2: 역양자화부

3: 역변환부 4: 움직임 예측 및 보상부

10: 입력 레지스터 R0 11: 입력 레지스터 R1

30: 배럴쉬프터 40: 누산기

50: VLC 테이블 100: 입력 레지스터부

200: 다중화부 300: 배럴 쉬프터

400: 누산기 500: VLC 테이블

이하에서 본 발명을 첨부 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다. 상세한 설명에 앞서 본원에서 사용되는 용어의 정의를 설명하면 다음과 같다.

본원에서 사용될 때 영상이라는 용어는 광의로 사용되며, 디지털 정지 영상 (still image) 및 디지털 동영상을 모두 포괄하는 의미로 사용된다.

본원에서 가변길이 부호(variable length code)는 허프만코드로 부호화된 비트스트림을 의미한다.

본 발명의 가변길이복호화장치는 발생 가능한 가변 길이 부호의 최대 길이보다 적은 수의 비트를 처리할 수 있는 배럴쉬프터를 사용하여 가변길이 복호화를 수행하는 것을 특징으로 한다.

도 3은 본 발명에 의한 가변길이 복호화 장치의 하나의 구현예의 블록도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 가변길이 복호화 장치는 입력 레지스터 R0(110), 입력 레지스터 R1(120) 및 입력 레지스터 R2(130)로 구성되는 입력 레지스터부(100)와, 제 1 다중화기(210) 및 제 2 다중화기(220)로 구성되는 다중화부(200), 배럴 쉬프터(300), 누산기(400) 및 VLC 테이블(500)을 포함한다.

본 발명의 가변길이 복호화 장치에서 입력 레지스터부(100)는 비트열을 입력받아 저장하는 역할을 담당하고, 다중화부(200)는 입력 레지스터부(100)의 출력을 선택적으로 배럴쉬프터(300)로 입력시키는 역할을 담당한다. 배럴 쉬프터(300)는 다중화부(200)로부터 입력된 비트열을 임의의 비트수 만큼 쉬프트시키고, VLC 테이블(500)은 배럴 쉬프터(300)로부터 입력받은 비트열을 복호화하여 부호의 값은 외부로 출력하고 복호화된 코드워드의 비트 길이값을 누산기(400)에 출력한다. 한편, 누산기(400)는 상기 VLC 테이블(500)로부터 얻어진 부호의 길이로부터 쉬프트할 비트수를 결정하여 배럴 쉬프터(300)에 출력한다.

구체적으로, 본 발명의 가변길이 복호화 장치에서 상기 입력 레지스터부(100)는 3개의 입력 레지스터R0, R1, R2(110, 120, 130)를 사용하여 2단계에 걸쳐 긴 길이의 비트열을 저장하는 것을 특징으로 한다. 또한, 입력 레지스터부(100)와 배럴쉬프터(300) 사이에 위치된 다중화부(200)는 입력 레지스터부(100)의 3개의 입력 레지스터R0, R1, R2(110, 120, 130) 중에서 2개의 입력 레지스터 출력을 선택하여 배럴 쉬프터(300)에 전달한다. 이러한 다중화부(200)는 상위 2개의 입력 레지스터 R0(110)와 입력 레지스터 R1(120)의 출력을 다중화하는 제 1 다중화기(210)와 하위 두 개의 입력 레지스터 R1(120)과 입력 레지스터 R2(130)의 출력을 다중화하는 제 2 다중화기(220)로 구성된다.

본 발명의 가변길이 복호화 장치는 가변길이 부호의 최대 길이 보다 짧은 길이의 가변길이 부호를 복호화할 때에는 상위 2개의 입력 레지스터 R0, R1(110, 120)을 선택하고 긴 길이의 가변길이 부호를 복호화하는 경우에는 1단계에서 상위 2개의 입력 레지스터 R0, R1(110, 120)을 선택하고, 2단계에서 하위 2개의 입력 레지스터 R1, R2(120, 130)를 선택하여 2단계에 걸쳐 가변길이 부호를 복호화한다. 이와 같이 본 발명의 가변길이 복호화 장치는 가변길이 검출에서 발생하는 부호의 최대 길이 보다 작은 크기의 배럴쉬프터를 사용함으로써 회로의 크기 및 소모 전력을 감소시킬 수 있다.

이하에서 본 발명의 가변길이복호화기의 동작을 상세하게 설명한다.

16 비트 길이의 배럴쉬프터(300)를 사용하는 경우를 예로 들어 설명하면, 16비트 이하의 짧은 부호를 처리하는 경우에는 다중화부(200)내 제1 및 제2 다중화기(210, 220)의 선택신호를 0으로 설정하여 각각 16비트로 구성된 입력 레지스터 R0(110)와 입력 레지스터 R1(120)의 출력을 상기 다중화부(200)내 제 1 다중화기(210)를 통해 다중화하여 상기 배럴쉬프터(300)로 입력시킨다. 상기 배럴쉬프터(300)는 입력 레지스터 R0(110)와 입력 레지스터 R1(120)으로부터 다중화부(200)내 제 1 다중화기(210)를 통해 32비트를 입력 받아, 누산기(Accumulator)(400)로부터 입력받은 쉬프트카운터 만큼 쉬프트한 16비트 값을 VLC 테이블(500)로 출력한다. 배럴쉬프터(300)의 출력은 VLC 테이블(500)을 통하여 복호화되어 부호(Symbol)의 값(Value)과 길이(Length)를 얻는다. 이 때 얻어진 길이를 누산기(400)로 전달하여 쉬프트할 길이를 결정한다. 쉬프트할 비트수가 배럴쉬프터(300)의 비트수를 넘어가는 경우 캐리가 발생하여 입력 레지스터 R1(120)에 새로운 입력 비트열이 저장되고, 입력 레지스터 R0(110)에는 입력 레지스터 R1(120)의 값이 저장된다.

16 비트 길이의 배럴쉬프터(300)를 사용하는 구현예에서 16비트 이상의 긴 부호를 처리하는 경우에는 1단계로 다중화부(200)내 제1 및 제2 다중화기(210, 220)의 선택신호를 0으로 설정하여 각각 16비트로 구성된 입력 레지스터 R0(110)와 입력 레지스터 R1(120)에 의해 앞의 과정을 수행하고, 2단계로 다중화부(200)내 제1 및 제2 다중화기(210, 220)의 선택신호를 1로 설정하여 입력 레지스터 R1(120)과 입력 레지스터 R2(130)의 출력을 다중화부(200)내 제 2 다중화기(220)를 통해 다중화 한 후 배럴쉬프터(300)로 입력시킨다. 배럴쉬프터(300)는 입력 레지스터 R1(120)과 입력 레지스터 R2(130)로부터 32비트를 입력 받아, 누산기(400)로부터 입력받은 쉬프트카운터 만큼 쉬프트한 16비트 값을 출력한다. 배럴쉬프터(300)의 출력은 VLC 테이블(500)을 통하여 복호화되어 부호(Symbol)의 값(Value)과 길이(Length)를 얻는다. 이 때 얻어진 길이를 누산기(400)로 전달하여 쉬프트할 길이를 결정한다. 쉬프트할 비트 수가 배럴쉬프터의 비트수를 넘어가는 경우 캐리가 발생하여 입력 레지스터 R2(130)에 새로운 입력 비트열이 저장되고, 입력 레지스터 R1(120)에는 입력 레지스터 R2(130)의 값이 저장된다. 다중화기의 선택신호를 1로 설정한 경우에는 다중화기의 선택신호를 0으로 설정한 경우보다 16비트 만큼 뒤에 나타나는 비트열을 조사할 수 있다.

본 발명의 가변길이 복호화 장치에 의하면 적은 수의 비트를 처리할 수 있는 배럴쉬프터를 사용하여 긴 길이의 가변 길이 부호를 2단계에 걸쳐 복호화할 수 있으며, 긴 길이의 가변 길이 부호는 발생확률이 낮기 때문에 처리속도의 저하는 거의 없으면서도 하드웨어의 복잡도 및 전력 소모를 크게 줄일 수 있다. 따라서,본 발명의 가변길이 복호화장치는 이동 통신 단말에서 필수적으로 요구되는 저전력용 영상 코덱을 구현함에 있어서 현저한 효과를 제공할 수 있다.

Claims (2)

1. 3개의 입력 레지스터를 포함하고, 입력되는 비트스트림을 저장하는 입력 레지스터부;

   입력 레지스터부의 출력을 선택적으로 배럴 쉬프터로 전달하는 다수의 다중화기를 포함하는 다중화부;

   입력 비트열을 임의의 비트수만큼 쉬프트시키는 배럴쉬프터;

   배럴쉬프터의 출력으로부터 부호의 값과 길이를 구하는 VLC 테이블;

   VLC 테이블로부터 얻어진 부호의 길이로부터 쉬프트할 비트수를 결정하여 배럴쉬프터에 입력시키는 누산기를 포함하는 가변길이복호화장치로서;

   상기 장치가 짧은 길이의 가변 길이 부호를 복호화할 때에는 상위 2개의 입력 레지스터를 선택하고 긴 길이의 가변 길이 부호를 복호화할 때 1단계에서 상위 2개의 입력 레지스터를 선택하고, 2단계에서 하위 2개의 입력 레지스터를 선택하여 2단계에 걸쳐 가변길이 부호를 복호화하는 것을 특징으로 하는 가변길이 복호화 장치
2. 제 1항에 있어서, 상기 다중화부는 상위 2개의 입력 레지스터의 출력을 다중화하는 제 1 다중화기와 하위 두 개의 입력 레지스터의 출력을 다중화하는 제 2 다중화기로 구성된 것을 특징으로 하는 가변길이 복호화 장치.