KR100399044B1 - 양방향예측-비오피(b-vop)간의동기화방법 - Google Patents

양방향예측-비오피(b-vop)간의동기화방법 Download PDF

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Abstract

[목적]
본 발명은 MPEG-4에서 과거의 P-VOP와 미래의 P-VOP사이에 존재하는 다수의 B-VOP의 영상 크기를 동일화하여 B-VOP내의 매크로블록을 일치시켜 영상 정보의 코딩효율을 향상시키기 위한 B-VOP 간의 동기화 방법에 관한 것이다.
[구성]
본 발명은 kn개의 B-VOP를 합병하여 kn개의 B-VOP에 존재하는 모든 물체들을 포함하는 최소의 영상 크기와 영상 프레임내의 절대 위치로 산출되는 kn개의 B-VOP의 시작점의 절대 위치를 갖는 최소의 통합 B-VOP를 형성하여 kn개의 B-VOP의 매크로블록의 절대 위치를 일치시킴으로써 kn개의 B-VOP 간에 동기화가 이루어진다.

Description

양방향 예측-비오피(B-VOP) 간의 동기화 방법
본 발명은 MPEG(Moving Picture Experts Group)-4에서 과거의 예측 비오피(Predictive-Video Object Plane ; 이하, 'P-VOP'라 약칭함)와 미래의 P-VOP사이에 존재하는 다수의 양방향 예측-비오피(Bidirectional-VOP; 이하, 'B-VOP'라약칭함)의 영상 크기를 동일화하여 B-VOP내의 매크로블록을 일치시키기 위한 B-VOP 간의 동기화 방법에 관한 것이다.
현재 국제 표준화가 진행중인 MPEG-4에서 기초 개념으로 하고 있는 VOP는, 코딩하고자 하는 영상 화면에서 소정의 물체 및 영역 등의 대상물 영상이 존재할 경우에 그 대상물의 영상을 각기 분리하고, 분리된 대상물의 영상을 해당 특성 알고리즘에 따라 부호화하는 것을 기본 골격으로 하고 있다.
이러한 VOP는 대상물의 영상을 포함하는 최소의 영상 크기로 이루어져, 시작점인 VOP의 좌측 상단값 및 VOP의 가로·세로의 영상 크기와 함께 VOP 내의 영상 정보를 부호화하여 전송한다.
최근에는 MPEG-4 VM(Verification Model) 버젼 2.1에 MPEG1/MPEG2 표준화나 H.253표준화에서 그 성능이 입증된 양방향-프레임의 개념이 새로 추가되어 MPEG1/MPEG2에서의 B-영상 매크로블록 코딩(B-picture macroblock coding)이나 H.263에서의 B-블록 코딩(B-block coding)을 가능케 하였다.
MPEG-4 VM 버젼 2.1에 B-VOP 코딩을 도입하게 된 이유는, 시간축상의 B-VOP에서 과거의 P-VOP와 미래의 P-VOP를 이용한 양질의 양방향 움직임 추정이 가능하여 물체 내부(Texture) 코딩시 현재 보내야할 데이터에서 움직임 추정으로 추정된 값을 뺀 나머지 값을 코딩하여 전송하는 경우 데이터 압축 효과가 발생하고, P-VOP의 영상 코딩시 그 결과가 시간축상에서 파급되는 것과는 달리 B-VOP의 영상을 코딩할 경우에는 과거 미래의 양 P-VOP에서 B-VOP의 영상 데이터를 추정하여 코딩함에 따라 그 결과가 시간축상에서 파급되지 않아 양 P-VOP 간의 코딩이 매우 정교하여 시간축상의 화질을 향상시키기 때문이다.
또한 B-VOP 영상 코딩시 그 양자화 단계를 P-VOP의 양자화 단계 보다 크게 설정함으로써(예를 들면, MPEG-4 VM : (5/4)Q, (6/4)Q, (7/4)Q, (8/4)Q, 이때 'Q'는 P-VOP 코딩시 양자화 단계) 전송해야 할 데이터의 양을 줄일 수 있기 때문이다.
비록, 상기 B-VOP의 양자화 단계가 P-VOP의 양자화 단계 보다 크다 하더라도 양질의 P-VOP의 코딩 결과를 이용하므로 B-VOP에서는 양질의 화질을 구할 수 있게 된다.
한편, 상기와 같은 장점을 갖는 B-VOP 개념을 도입한 MPEG-4 VM 버젼 2.1에서는 B-VOP를 코딩하기 위해 미래의 P-VOP를 먼저 코딩해야 하는 시간상의 지연이 존재하게 된다.
즉, <표-1>에 나타난 바와 같이 전송시 영상의 시간축상의 배열은 P1B1B2P2B3B4P3B5… 순으로 입력되지만, 코딩시에는 P1P2B1B2P3B3B4… 순으로 코딩되므로 B-VOP(B1, B2)를 코딩하기 위해서는 해당 B-VOP의 영상(B1, B2)이 입력되고 미래의 P-VOP(P2)가 차례로 입력된 후 P-VOP(P2)가 먼저 코딩될 때까지 기다려야 하므로 지연이 필연적으로 발생하게 되는 것이다.
<표-1>
상기와 같은 코딩의 경우 P-VOP 사이에 B-VOP의 수가 늘면 늘수록 처리 시간은 더욱 더 지연되어, 미리 저장된 영상 매체인 경우에는 코딩 목적에 따라 B-VOP의 수를 가감하여 사용하거나 비디오 폰(Video Phone)과 같이 실시간 처리가 필요한 스킴(Scheme)에서는 B-VOP를 사용하지 않거나 또는 그 수를 줄여 사용한다.
도1은 종래의 MPEG1/MPEG2에서 사용되는 양 방향성 코딩 모드를 나타낸 도면으로서 MPEG1/2와 H.263 표준화의 핵심이 되는 양 방향성 코딩 모드 (Bidirectional Coding Mode)는, 도1에 도시된 바와 같이 MPEG1/2에는 P1-프레임(Predictive-frame)(1)과 P4-프레임(4) 사이에 2개의 B-프레임(Bidirectional frame)(예를 들면, B2-프레임(2), B3-프레임(3))이 존재할 수 있고, 상기 P1·P4-프레임(1,4)과 B2·B3-프레임(2,3)은 동일한 신택스(Syntax)구조를 갖는다.
상기 B2-프레임(2) 및 B3-프레임(3)에서는 전방 예측 (Forward Prediction),후방 예측 (Backward Prediction) 그리고 양방향 예측(Bidirectional Prediction : (Forward prediction+backward prediction)/ 2)을 적용하여 움직임 추정을 향상시킨다.
반면, H.263 표준에서는 PB-프레임스 모드(PB-Frames Mode)라 하여 P-프레임과 P-프레임 사이에 지연(Delay)을 줄이고 실시간 처리 및 코딩 효율을 높히기 위해 단 1개의 B-프레임만을 허용한다.
그리고 상기 MPEG1/2와 같이 프레임 단위로 정보를 코딩하는 것이 아니라, 매크로블록 단위로 P-매크로블록과 B-매크로블록을 한데 묶어 전송함으로써 각각을 코딩할 때 필수적으로 필요한 부가 정보(Overhead)의 양을 줄일 수 있다.
한편, 국제 표준화가 진행중으로 B-VOP의 개념이 도입된 MPEG-4 VM 버젼 2.1은 상기에서 설명한 B-VOP에서 전방 예측, 후방 예측 그리고 양방향 예측을 적용하는 MPEG1/2에서의 스킴과 직접 양방향 예측(Direct Bidirectional Prediction)을 허용하는 H.263에서의 스킴을 혼용한다.
그러나, MPEG-4 VM 버젼 2.1에서 상기 B-VOP의 양방향 예측 모드를 사용함에 있어서, 시간적으로 각각의 VOP가 해당 물체(Object)를 둘러싸는 최소 크기의 사각형으로 결정되고 물체의 경계 사각형(Bounding rectangle)을 16×16의 매크로블록의 멀티플(Multiple) 단위로 확장하여 코딩할 경우에는 시간축상에서 동일 물체를 표현하는 VOP의 크기가 각각 다르게 된다.
따라서, 상기와 같이 시간축상에서 B-VOP의 크기가 서로 다르면 B-VOP 간의 매크로블록의 위치 역시 서로 다르므로 B-VOP의 매크로블록 코딩시 3D-DCT와 같은코딩 효율을 극대화할 수 있는 방법들을 적용할 수 없어 코딩 효율의 극대화 한계에 부딪치게 되는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 그 목적은 B-VOP의 개념을 도입한 MPEG-4 VM 버젼 2.1에서 P-VOP 사이에 존재하는 다수의 B-VOP 간의 합병에 의해 다수의 B-VOP에 존재하는 물체들의 크기를 모두 포함하는 최소의 통합 B-VOP를 형성함에 따라 다수의 B-VOP의 영상 크기를 같게 하여 그 매크로블록의 절대 위치를 일치시킴으로써 영상 정보의 코딩 효율을 향상시킬 수 있도록 한 B-VOP 간의 동기화 방법을 제공하는 데에 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 B-VOP 간의 동기화 방법을 상세히 설명한다.
도2의 (가)는 본 발명의 동기화 방법을 적용하기 위한 각각의 B-VOP의 영상을 일예로 보인 도면이고, 도2의 (나)는 본 발명의 동기화 방법에 의한 도2 (가)의 B-VOP 영상의 합병상태를 보인 도면이다.
본 발명에서 n은 P-VOP 간에 삽입되는 B-VOP의 숫자로서, P-VOP 간에 2개의 B-VOP가 삽입되는 경우를 예로 들어 본 발명에 따른 2개의 B-VOP 간의 동기화 방법을 설명하면 다음과 같다.
도2의 (가)에 도시된 P-VOP 간에 2개의 B-VOP(a,b)가 코딩될 경우, 2개의 B-VOP(a,b)를 합병(Merging)하여 이 2개의 B-VOP(a,b)에 존재하는 물체들의 크기를 모두 포함하는 통합 B-VOP(c)를 도2의 (나)와 같이 구한다.
상기 통합 B-VOP(c)는 각각의 B-VOP(a,b)의 영상 크기를 전부 포함하는 가장작은 통합 B-VOP(c)로서, 영상 시퀀스 프레임(d) 내의 절대 위치로 신출되는 각각의 B-VOP(a,b)의 시작점의 절대 위치와 각각의 B-VOP(a,b)의 영상 크기를 전부 포함하는 최소의 영상 크기에 의해 상기 통합 B-VOP(c)의 시작위치, 즉 통합 B-VOP(c)의 좌측 상단값 및 통합 B-VOP(c)의 가로·세로의 영상 크기를 결정하게 된다.
이에 따라, 다수의 B-VOP 간에 공통적인 B-VOP 영상 크기를 구하여 그것을 해당되는 통합 B-VOP의 위치와 크기로 확정하여 코딩하므로 통합 B-VOP의 시작 위치와 영상 크기는 각각의 B-VOP(a,b)를 코딩시마다 전송할 필요가 없으며, n개의 B-VOP 전송시 최초 B-VOP를 한 번만 전송하면 된다.
그리고 발전 예로써, 영화 영상을 코딩하여 전송하는 것과 마찬가지로 대다수의 응용(Application) 영상을 코딩하여 전송할 시 초기 지연이 커다란 문제가 되지 않는 경우라면 코딩 효율을 높히기 위하여 3개의 P-VOP 사이에 존재하는 2n개의 B-VOP를 동기화할 수 있다.
즉, 이는 k+1개의 P-VOP사이에 존재하는 kn개의 B-VOP를 동기화함으로써 코딩 효율을 보다 높힐 수 있게 된다. 이때, k는 양의 정수이다.
결국, 상기와 같은 B-VOP 간의 영상 크기의 일치에 의한 동기화 과정에 의해 영상 프레임내에서 B-VOP 간의 매크로블록의 절대 위치가 동일해짐에 따라 3D-DCT와 같은 코딩 효율을 극대화할 수 있는 방법들을 적용하여 영상 정보의 코딩 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
그리고 상기 B-VOP 간의 동기화 과정과 더불어 동일한 B-VOP의 크기를 갖는kn개의 B-VOP에서 코딩할 블록의 숫자를 최소화하기 위해 모양 적응 영역 분할(Shape Adaptive Region partitioning Method : SARP)을 수행할 수 있다.
이때, 상기 모양 적응 영역 분할 방법은 국내 출원 특허 제95-20198, 95-20199, 96-6465, 96-27496, 96-37919 에 상세히 기재되어 있다.
상기 모양 적응 영역 분할(SARP)을 이용하여 최소의 PB-Rectangle(PB-사각형)은 다음과 같이 구한다.
도2의 (나)와 같은 통합 B-VOP(c)의 크기를 구할 경우 우선, 영상 시퀀스 프레임(d) 내에서 kn개의 B-VOP(a,b)에 해당되는 물체의 모양 정보를 읽어 이를 버퍼에 저장한다.
그리고 영상 시퀀스 프레임(d) 내에서 kn개의 물체에 해당되는 모양 정보를 프레임(d) 내의 절대 위치에서 통합하고, 이 통합된 모양 정보를 모두 포함할 수 있는 최소의 사각형(Smallest Rectangle)(c)을 구한다.
마지막으로 상기 통합 모양 정보를 모두 포함하는 최소의 사각형(c)을 이용하여 kn개의 B-VOP(a,b)내의 모양 정보에 맞게 모양 적응 영역 분할을 수행한다.
이때, 각각의 kn개의 B-VOP에서 코딩할 블록의 수나 가장자리 코딩 블록의 수를 각각 세어 그 합인 총 코딩 블록의 숫자를 줄이거나, 또는 총 가장자리 코딩 블록의 숫자를 줄이도록 모양 적응 영역 분할을 수행한다.
한편, 상기 총 코딩 블록의 숫자를 구할 경우에는, 아래와 같이 각각의 B-VOP에 적용되는 서로 다른 비례상수(γi)를 곱하여 비례 값을 구한다.
상기 비례상수 가중치(γi)는 일반적으로 B-VOP의 양자화 단계를 크게 함에 따라 전송해야 할 코딩 비트가 P-VOP보다 현저히 적으므로, 동일한 가중치를 두어 각각의 B-VOP의 코딩 블록의 수를 줄이는 것보다 각각의 B-VOP에 서로 다른 가중치를 두어 코딩 블록의 수를 줄이는 것이 코딩 효율면에서 더 효과적이다.
이상, 상기 상세한 설명에서와 같이 본 발명은 k+1개의 P-VOP에 존재하는 kn개의 B-VOP의 영상 크기가 동일하도록 합병하여 kn개의 B-VOP의 매크로블록의 절대 위치를 일치시켜 줌으로써 B-VOP의 코딩시 직접 모션 코딩 모드(Direct Motion Coding Mode)의 효율을 향상시킴은 물론, B-VOP 사이에 3D-DCT 등의 보다 효율적인 코딩 방법을 적용하여 코딩 효율을 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 국제 표준화가 진행중인 MPEG-4에 적용하여 표준화함으로써 향후 화상 전화, 화상 회의, PCS용 PDA (패턴 인식 기술), 차량(Mobile)용 전화 및 멀티미디어 분야의 응용 제품에 이용될 수 있다.
도1은 종래의 MPEG1/MPEG2에서 사용되는 양 방향성 코딩 모드를 나타낸 도면.
도2의 (가)는 본 발명의 동기화 방법을 적용하기 위한 각각의 B-VOP 영상을 일예로 보인 도면이고, 도2의 (나)는 본 발명의 동기화 방법에 의한 도2 (가)의 B-VOP 영상의 합병상태를 보인 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1,4 : P1·P4-프레임 2,3 : B2·B3-프레임
a,b : B-VOP c : 통합 B-VOP
d : 영상 시퀀스 프레임

Claims (5)

  1. 영상 프레임내의 영상 정보를 비오피 단위로 분할한 후 부호화하여 전송하는 영상신호 부호화 및 전송 시스템에 있어서,
    영상 프레임내의 영상 정보를 분할한 예측-비오피 사이에 존재하는 다수의 양방향 예측-비오피 각각의 시작 위치와 그 영상의 크기가 서로 다른 경우, 상기 예측-비오피 사이에 존재하는 다수의 양방향 예측-비오피를 합병하여 상기 양방향 예측-비오피에 존재하는 모든 영상 정보의 크기를 모두 포함하는 통합 비오피를 구하는 제1과정과, 상기 제1과정에서 구한 통합 비오피 중 모든 물체 영상 정보를 포함하는 최소의 영상 크기와 영상 프레임내의 절대 위치로 산출되는 다수의 양방향 예측-비오피의 시작점의 절대 위치를 갖는 최소의 통합 양방향 예측-비오피를 구하는 제2과정과, 상기 제3과정에서 구한 최소 통합 양방향 예측-비오피에 의해 양방향 예측-비오피 간의 매크로블록의 절대 위치를 일치시키는 제3과정으로 수행되어 다수의 양방향 예측-비오피 간의 시작 위치와 영상 크기를 동기화함을 특징으로 하는 양방향 예측-비오피 간의 동기화 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 양방향 예측-비오피 및 통합 양방향 예측-비오피를 코딩하여 전송할 경우, 상기 다수의 양방향 예측-비오피 각각의 시작 위치와 영상의 크기를 동기화함에 따라 상기 통합 양방향 예측-비오피의 시작 위치와 영상 크기는 최초에한 번만 전송함을 특징으로 하는 양방향 예측-비오피 간의 동기화 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 양방향 예측-비오피 간의 동기화에 따른 양방향-예측 비오피의 코딩은, 영상 프레임내에서 다수의 양방향 예측-비오피에 해당되는 물체의 모양 정보를 읽고 이를 버퍼에 저장하는 제1단계와, 영상 프레임 내에서 상기 다수의 양방향 예측-비오피의 물체에 해당되는 모양 정보를 프레임내의 절대 위치에서 통합하는 제2단계와, 상기 제2단계에서 통합된 모양 정보를 모두 포함할 수 있는 최소의 사각형을 구하는 제3단계와, 상기 제3단계에서 구한 사각형을 이용하여 상기 다수의 양방향 예측-비오피내의 모양 정보에 맞게 모양 적응 영역 분할을 수행하는 제4단계로 이루어짐을 특징으로 하는 양방향 예측-비오피 간의 동기화 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제4단계는 양방향 예측-비오피에서 발생하는 각각의 코딩 블록의 수에 서로 다른 비례상수 가중치(γi)를 곱하여 다수의 양방향 예측-비오피에서의 총 코딩 블록의 개수를 최소한 줄이도록 모양 적응 영역 분할을 수행함을 특징으로 하는 양방향 예측-비오피 간의 동기화 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제4단계는 양방향 예측-비오피에서 발생하는 각각의 가장자리 코딩 블록의 수에 서로 다른 비례상수 가중치(γi)를 곱하여 다수의 양방향 예측-비오피에서의 총 가장자리 코딩 블록의 개수를 최소한 줄이도록 모양 적응 영역 분할을 수행함을 특징으로 하는 양방향 예측-비오피 간의 동기화 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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