KR100415870B1 - 부호화장치및방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 부호화 장치 및 방법은 입력 화상 데이터의 프레임 레이트에 따라 프레임군을 구성하는 복수 프레임의 장수(N)를 적응적으로 전환함으로써 소정의 프레임군(GOP) 단위로 소정 단위 시간에 해당하는 화상 데이터(S2)를 형성한다.

Description

부호화 장치 및 방법
본 발명은 부호화 장치 및 방법에 관한 것으로, 예를 들면, 복수 화면으로 이루어지는 화면군에 의해 동화상의 1 시퀀스를 분할하여 부호화할 때에 적용할 수 있다.
화상 데이터를 압축 부호화하는 수법으로서 MPEG(Moving Picture Experts Group) 방식이 알려져 있다. MPEG 방식에서는 동화상의 1 시퀀스를 복수의 화면(프레임)으로 이루어지는 화면군(GOP, Group Of Pictures)으로 분할하여 부호화한다. GOP는 각 GOP 내에 적어도 하나가 삽입되는 프레임 내부호화 화상(1 픽처), 이미부호화된 시간적으로 이전 프레임으로부터 예측하는 프레임간 부호화 화상(P 픽처) 및 시간적으로 전후의 2 프레임으로부터 예측하는 프레임간 부호화 화상(B 픽처)으로 구성된다.
통상 MPEG에서는 1 GOP를 구성하는 프레임 수를 특별히 규정하고 있지는 않지만, 일반적으로 텔레비전 표준의 525/60(주사선 라인수/필드 주파수, 525라인/60[Hz], NTSC) 방식의 경우는 1 GOP의 프레임 수(N)를 15장, 1 픽처 또는 P 픽처가 나타나는 출현 주기(M)를, 예를 들어 , 3으로 하고 있다. 즉, I 픽처와 P픽처의 사이에 B픽처를 2장 삽입하고 15장의 픽처를 한 묶음으로 하여 GOP를 형성한다. 이와 같이 I 픽처를 포함한 화상 데이터를 GOP 단위로 취급함으로써 화상 데이터의 랜덤 액세스가 가능해진다. 이에 대해서 텔레비전 표준의 625/50(주사선 라인수/필드 주파수, 625라인/50[Hz], PAL, SECAM) 방식에서는 1 GOP를 구성하는 프레임 수를 12장으로 하고있다.
그런데 화상 압축 부호화 전의 입력 화상 데이터가 초단위로 되어있는 경우, 화상 압축 부호화 후의 화상 데이터도 초단위로 관리할 수 있으면 더욱 양호하다. 예를 들면, 상업 필름의 경우, 동화상의 1 시퀀스가 15초, 30초의 초단위로 잘린 화상의 경우 압축 부호화된 화상 데이터도 초단위의 시간 관리가 요구된다. 여기서 525/60 방식의 경우, 화상 데이터의 전송 레이트가 매초 30 프레임이므로 제 1 도에 도시하는 바와 같이 1 GOP에서 15 프레임이면 2 GOP에서 정확히 맞고, 1초간에 해당하는 화상을 형성할 수가 있다. 이 결과, 화상 데이터를 GOP단위로 취급함으로써 화상 편집이나 랜덤 액세스가 용이하게 된다.
이에 대해서 625/50방식의 경우, 전송 레이트가 매초 25프레임이므로 1 초간의 화상을 형성하려면 25 프레임이 필요하게 된다. 그러나, 제 2 도에 도시하는 바와 같이 2 GOP의 프레임 수에서는 24 프레임 밖에 되지 않고, 정확히 1 초간에 해당하는 화상을 GOP 단위로 형성할 수가 없다. 거기에서 , 종래는 프레임 수를 12로 하여 GOP를 정리하고, 최후의 GOP에서 프레임수가 12보다도 작은 부분에서 시간의 전후를 맞추고 있었다. 그러나, 이 수법을 사용한 경우, 각 GOP 사이에서 정보 발생량에 차가 생기는 경향이 있다고 하는 문제가 있었다.
상술한 문제에 대한 해결책으로서는, 예를 들면, 625/50 방식의 1 GOP의 프레임 수를 25로 하는 것이 고려된다. 그러나, 1 GOP의 프레임 수를 지나치게 많게 하면 랜덤 액세스 단위가 지나치게 커지는 문제가 있다. 또한, GOP 단위로 정리하는 정보 발생량을 고려하면, 525/60 방식과는 다르다는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 복수의 프레임으로 형성되는 프레임군 단위의 부호화된 화상 데이터를 소정 단위 시간으로 관리할 수 있는 부호화 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 부호화 장치는 입력 화상 데이터의 프레임 레이트에 따라 프레임군을 구성하는 단위 프레임 수를 적응적으로 전환함으로써 소정 프레임군 단위로 소정 단위 시간에 해당하는 화상을 형성한다.
이하, 도면에 대해서 본 발명의 일 실시예를 상세히 기술한다.
제 3 도에 있어서, 1은 전체로서 부호화 장치를 도시하고, 화상 데이터가 프레임 처리부(2)에 입력되면, CPU(3)의 제어에 의해 화상 데이터가 재배열되고, 헤더에 이어서 GOP의 픽처 타입이 다음 단의 코덱(4)에 송출된다. 코덱(4)은 화상 데이터에 대해 DCT 변환(Discrete Cosine Transform), 양자화 및 가변 길이 부호화를 실시하여 화상 데이터(S20)를 출력한다.
제 4도에 도시하는 바와 같이, 프레임 처리부(2)에 입력되는 화상 데이터는 일단 프레임 메모리(5)에 격납된다. 한편, 픽처 타입 발생기(6)에는 1 픽처 또는 P 픽처가 나타나는 출현 주기(M), GOP 내의 프레임 수(N) 및 GOP 내의 프레임 수의 전환 동작을 지시하는 플래그(SPF)가 프레임에 동기한 클록과 함께 공급된다. 픽처 타입 발생기(6)는 이들의 출현 주기(M), 프레임수(N) 및 플래그(SPF)를 근거로 예측 부호화에 기초하여 화상 데이터의 재배열을 지시 제어하는 제어 신호(CT)를 생성하여 재배열 회로(7)에 송출한다.
재배열 회로(7)는 제어 신호(CT)에 따라 프레임 메모리(5)로부터 화상 데이터를 프레임 단위로 판독하면, MPEG의 부호화 방식에 기초하여 재배열하여 순차적으로 출력한다. 이때 픽처 타입 발생기(6)는 픽처 타입 발생의 알고리즘에 기초하여 GOP의 헤더(GOPH) 및 픽처 타입을 발생한다. 이 결과, 재배열된 화상 데이터(S2)는 헤더(GOPH)에 이어서 픽처 타입과 동기하여 다음단의 코덱(4)에 송출된다.
MPEG 방식은 복수 프레임으로 구성되는 GOP에 의해 동화상의 1 시퀀스를 분할한다. 제 5 도에 도시하는 바와 같이 , GOP는 각 GOP 내에 적어도 하나가 삽입되는 프레임내 부호화 화상(1 픽처), 이미 부호화된 시간적으로 이전의 프레임으로부터 예측하는 프레임간 부호화 화상(P 픽처) 및 시간적으로 전후의 2 프레임으로부터 예측하는 프레임간 부호화 화상(B 픽처)으로 구성된다.
여기서 화상 데이터가 625/50방식에 의한 것인 경우는, 전송 레이트가 매초 25 프레임이므로 1 초간에 해당하는 화상 데이터를 얻기 위해 25 프레임이 필요하게 된다. 여기서, 프레임 처리부(2)는 프레임 판독 중에 제어신호(CT)에 따라 GOP의 프레임 수(N)를 12장과 13장으로 교대로 동적으로 전환한다. 이 결과, 제 6 도에 도시하는 바와 같이 , 정확히 2 GOP에서 25 프레임의 화상 데이터가 형성되고 1초간의 화상 데이터를 형성할 수 있다. 재배열 회로(7)로부터는 프레임의 각 픽처 타입이 제 7 도에 도시하는 바와 같이 재배열되어 코덱(4)으로 송출된다. 또한, GOP의 최후 프레임은 규격때문에 P픽처로 하지 아니하면 안되기 때문에 , 프레임 수(N)가 13장인 때는 최후 프레임으로서 P 픽처를 부가한다.
또한, 입력 화상 데이터(S1)가 525/60방식인 경우, 전송 레이트가 매초 30 프레임이므로 종래대로 프레임 수(N)를 15로 설정하여 GOP내의 각 프레임을 제 8 도에 도시하는 바와 같이 재정배열 코덱(4)으로 송출한다. 이에따라 525/60 방식에서는 2 GOP에서 1 초간에 해당하는 화상이 형성된다. 이와 같이 하여 부호화 후의 화상 데이터를 GOP에 의해 초단위로 액세스할 수 있다.
또한, 625/50 방식에 있어서 , 종래대로 프레임 수를 12로 설정한 경우, 프레임의 각 픽처 타입은 제 9 도에 도시하는 바와 같이 재배열되어 코덱(4)으로 송출된다. 여기서 프레임 수(N), 출현 주기(M) 및 플래그(SPF)는 픽처 타입 데이터(S1)의 전송 레이트에 따라 미리 프로그램 등에 의해 설정된다.
실제로, 동화상의 1 시퀀스를 구성하는 각 GOP의 프레임의 픽처 타입의 전환은 제 10 도 내지 제 12 도에 도시하는 픽처 타입 발생 순서에 따라 실행된다.
즉, 픽처 타입 설정 순서는, 단계 SP1에서 개시되면, 단계 SP2에 있어서 다운 카운터(NCNT)를 입력 화상 데이터(S1)에 대해 미리 프로그램 등에 의해 설정한 프레임 수(N)에 기초하여 N-1로 설정한다. 마찬가지로, 1픽처 또는 P 픽처의 출현 주기(M)에 기초하여 다운 카운터(MCNT)를 M-1로 설정한다.
다음 단계 SP3에서 다운 카운터(NCNT)가 0이 아니면, 즉, 프레임이 GOP의 최후 프레임은 아니면 단계 SP10으로 이동한다. 단계 SP10에서는 다운 카운터(MCNT)가 0인지의 여부를 판정하고, 다운 카운터(MCNT)가 0인 경우는 단계 SP11로 이동한다. 단계 SP11에서는 GOPH(GOP 헤더)를 출력하기 위한 플래그(GOPS)가 설정되어 있는지의 여부를 판정하고, 설정되어 있는 경우 단계 SP12로 이동하여 1 픽처를 출력하고 플래그(GOPS)를 리셋한다. 다음에 , 단계 SP13에서 M용의 다운 카운터(MCNT)를 M-1로 설정한다. 다음에 , 단계 SP14에서 다운 카운터(NCNT)를 감소시키고 단계 SP3으로 되돌아간다.
여기서 , 단계 SP10에서 다운 카운터(MCNT)가 0이 아닌 경우는 단계 SP15로 이동한다. 단계 SP15에서는 B 픽처를 출력하고, 이어지는 단계 SP16에서 다운 카운터(MCNT)를 감소시킨다.
또한, 단계 SP11에서 프래그(GOPS)가 리셋되어 있던 경우는 단계 SP17로 이동하여 P 픽처를 출력하고 단계 SP13으로 이동한다.
또한, 단계 SP3에서 다운 카운터(MCNT)가 0인 경우는 단계 SP4로 진행하여 P 픽처를 출력하고 플래그(GOPS)를 설정하고 다운 카운터(MCNT)를 M으로 설정한다. 이어지는 단계 SP5에서는 프레임 수 설정을 전환하는 플래그(SPF)가 설정되어 있는지의 여부를 판정한다. 여기서, 플래그(SPF)가 리셋되어 있으면 단계 SP6으로 진행하여 다운 카운터(MCNT)를 N-1로 설정하고, 다시 단계 SP3으로 되돌아간다. 또한, 플래그(SPF)가 설정되어 있으면 단계 SP7로 이동하고, 1 GOP의 프레임 수(N)를 12장 또는 13장으로 전환하는 토글 스위치의 플래그(DMF)가 설정되어 있는지의 여부를 판정한다.
여기서, 프래그(DMF)가 설정되어 있으면 단계 SP8로 진행하여 DMF를 리셋하고 다운 카운터(MCNT)를 설정하고, 단계 SP3으로 되돌아간다. 또한, 플래그(DMF)가 리셋되어 있으면 단계 SP9로 이동하여 플래그(DMF)를 설정하고 다운 카운터(MCNT)를 설정하고, 단계 SP3으로 되돌아간다. 이하, 동화상의 1 시퀀스가 종료될할 때까지 반복해서 화상 데이터의 각 프레임에 대해 픽처타입 설정 순서에 따른 처리가 실행된다.
이상의 구성에 있어서, 화상 데이터(S1)가 부호화 장치(1)에 입력되면, 먼저 프레임 처리부(2)의 프레임 메모리(5)에 프레임마다 일단 격납된다. 프레임은 재배열 회로(7)에 출력되면, 제어 신호(CT)에 따라 재배열되고, 픽처 타입에 동기하여다음 단의 코덱(4)에 송출된다. 픽처 타입은 CPU(3)에 의해 설정되는 프레임 수(N), 출력 주기(M) 및 플래그(SPF)에 기초하여 픽처 타입 발생기(6)로부터 송출된다.
픽처 타입 발생기(6)는 프레임 수(N),출력 주기(M)및 플래그(SPF)를 근거로 픽처 타입 발생 순서에 따라 입력 화상 데이터(S1)의 전송 방식에 따른 프레임 수로 이루어지는 GOP를 형성하도록 차례로 픽처 타입을 출력한다.
즉, 입력 화상 데이터(S1)가 625/50 방식에 의한 것이라고 CPU(3)가 판단한 경우는, 프레임 수(N)가 화상 데이터 판독 중에 12장과 13장으로 GOP단위로 교대로 전환되도록, CPU(3)는 출현 주기(M), 프레임 수(N) 및 플래그(SPF)를 프레임 처리부(2)에 설정한다 이 결과, 제 7도에 도시하는 바와 같이 프레임이 판독되고, GOP를 형성하도록 프레임이 재배열된다. 여기서, 재배열된 프레임은 2 GOP에서 프레임 수가 25로 되고 전송 레이트가 매초 25 프레임의 625/50 방식에서는 정확히 1초간에 해당하는 화상을 형성할 수 있다. 이에 따라, 부호화된 화상 데이터를 2 GOP를 최소 단위로서 초단위로 관리할 수 있다.
또, CPU(3)는 입력 화상 데이터(S1)가 625/50방식에 의한 것인지의 여부를 판단하고, 입력 화상 데이터(S1)의 프레임 주파수에 기초하여, 또한, 오퍼레이터로부터의 입력에 기초하여 행한다.
여기서 , 입력 화상 데이터(S1)가 525/60 방식에 의한 것이면, 프레임수(N)는 15, 출현 주기(M)는, 예를 들면, 3으로 설정한다. 이 결과 제 8 도에 도시하는 바와 같이 프레임이 판독되고, GOP를 형성하도록 프레임의 재배열되어 코덱(4)으로 송출된다.
또한, 625/50 방식에 있어서, 초단위의 시간 관리를 필요로 하지 않는 경우에는, 종래대로 프레임 수(N)를 12로 고정하여 제 8 도에 도시하는 바와 같이 프레임을 판독하고 재배열하여 코덱(4)으로 송출한다.
이와 같이 하여 , 프레임 처리부(2)에서 재배열된 화상 데이터(S2)의 각 프레임은 헤더(GOPH)를 선두 신호로 한 픽처 타입과 동기하여 GOP 단위로 코덱(4)으로 송출된다. 코덱(4)으로부터는 부호화된 화상 데이터(S20)가 출력된다.
이상의 구성에 의하면, 입력 화상 데이터(S1)를 판독할 때, 입력 화상 데이터(S1)의 전송 방식에 따라, 예를 들면, 전송 레이트가 매초 30 프레임인 525/60의 경우는 1 GOP를 구성하는 프레임 수(N)를 15로 설정하고, 또한 전송 레이트가 매초 25 프레임인 625/50 방식의 경우는 1 GOP를 구성하는 프레임 수(N)를 12와 13으로 교대로 동적으로 전환함으로써, 2 GOP로 정확히, 1초간의 화상 데이터를 형성하고, 부호화한 화상 데이터를 GOP에 의해 초단위로 관리할 수 있다.
또한, 상술한 실시예에 의하면, 프레임 메모리 등에 기억한 화상 데이터를 컴퓨터를 사용하여 화상 처리하는, 즉, 비선형 편집시에도 각 프레임을 GOP 단위로 취급함으로써 초단위로 관리할 수 있다.
또한, 상술한 실시예에 있어서는, 입력 화상 데이터(S1)의 매초 25 프레임의 전송 레이트에 대해 GOP의 프레임 수를 12장과 13장으로 교대로 전환하는 경우에 대해서 상술하였으나, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 예를 들면, 전환되는 프레임 수를 11장과 14장 등으로 임의로 설정해도 좋다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 입력 화상 데이터의 전송 레이트에 따라, 복수 화면으로 구성되는 화면군의 화면 장수를 적응적으로 전환함으로써, 소정 화면군 단위로 소정 단위 시간에 해당하는 화상을 형성하도록하여 부호화 후의 화상 데이터를 소정 단위 시간으로 관리할 수 있는 부호화 장치 및 방법을 실현할 수 있다.
제 1 도는 1 GOP에서 15장의 프레임에 의한 1초간의 화상 형성을 설명하는 개략도.
제 2 도는 1 GOP에서 12장의 프레임에 의한 1초간의 화상 형성을 설명하는 개략도.
제 3도는 본 발명의 부호화 장치의 일 실시예를 도시하는 블록도.
제 4 도는 제 1 도에 도시된 부호화 장치의 프레임 처리부 구성의 일실시예를 도시하는 블록도.
제 5 도는 MPEG 방식에서 사용되는 3종류의 픽처 타입을 도시하는 개략도.
제 6 도는 제 1 도에 도시된 부호화 장치에서, GOP의 프레임을 12장과 13장으로 교대로 전환하였을 때를 설명하는 개략도.
제 7 도는 제 1 도에 도시한 부호화 장치에서, 1 GOP의 프레임이 12장과 13장으로 교대로 전환되었을 경우의 픽처 타입의 재배치를 설명하는 개략도.
제 8 도는 1 GOP의 프레임이 15장인 경우의 픽처 타입의 재배치를 설명하는 개략도.
제 9도는 1 GOP의 프레임이 12장인 경우의 픽처 타입의 재배치를 설명하는 개략도,
제 10 도는 제 1 도에 도시된 부호화 장치에 있어서 , 픽처 타입의 설정 순서를 설명하는 흐름도.
제 11 도는 제 1 도에 도시된 부호화 장치에 있어서 , 픽처 타입의 설정 순서를 설명하는 흐름도.
제 12 도는 제 1 도에 도시된 부호화 장치에 있어서 , 픽처 타입의 설정 순서를 설명하는 흐름도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
2 : 프레임 처리부 3 : 중앙 처리 장치
4 : 코덱(codec) 5 : 프레임 메모리
6 : 픽처 타입 발생기 7 : 재배치 회로

Claims (3)

  1. 소정의 시간 기간에 소정 정수의 프레임들을 생성하는, 입력 화상 프레임들의 프레임 레이트를 갖는 입력 화상 데이터를 부호화하는 장치에 있어서:
    상기 입력 화상 프레임들이 분할된 다수의 GOP(Gropus of Pictures) 각각의 프레임들의 수를 설정하기 위한 제어 수단(3, 5, 6)으로서, 상기 GOP 각각은 프레임내 부호화 화상(I)인 적어도 하나의 화상 프레임과 프레임간 부호화 화상(P, B)인 적어도 하나의 화상 프레임을 갖는, 상기 제어 수단(3, 5, 6);
    상기 GOP각각의 입력 화상 프레임들(I, P, B)의 순서를 소정의 순서로 재배열하기 위한 재배열 수단(7); 및
    상기 재배열 수단에 의해 재배열된 각 GOP의 상기 입력 화상 프레임들을 부호화하기 위한 부호화 수단을 포함하며,
    상기 제어 수단(3, 6)은 상기 입력 화상 프레임들의 프레임 레이트에 따라 상기 GOP 각각의 화상 프레임들의 수를 적응적으로 전환하도록 동작하여, 각 GOP가 정수의 프레임들을 포함하고 다수의 GOP의 프레임들의 수가 상기 소정 정수와 같아지도록 하는 것을 특징으로 하는, 부호화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 수단은 초당 25 프레임의 레이트로 입력된 상기 화상 데이터에 대해 상기 GOP의 프레임들의 수가 12와 13으로 교대로 전환되도록 상기 GOP의 프레임들의 수를 설정하는 것을 특징으로 하는, 부호화 장치.
  3. 소정의 시간 기간에 소정 정수의 프레임들을 생성하는, 입력 화상 프레임들의 프레임 레이트를 갖는 입력 화상 데이터의 부호화 방법에 있어서:
    상기 입력 화상 프레임들이 분할된 다수의 GOP각각의 프레임들의 수를 설정하는 단계로서, 상기 GOP 각각은 프레임내 부호화 화상(Ⅰ)인 적어도 하나의 화상 프레임과 프레임간 부호화 화상(P, B)인 적어도 하나의 화상 프레임을 갖는, 상기 GOP 각각의 프레임들의 수를 설정하는 단계;
    상기 GOP각각의 입력 화상 프레임들(I, P, B)의 순서를 소정의 순서로 재배열하는 단계; 및
    상기 재배열된 입력 화상 프레임들(I, B, P)을 부호화하는 단계를 포함하며,
    상기 프레임들의 수를 설정하는 단계는, 상기 입력 화상 프레임들의 프레임 레이트에 따라 상기 GOP 각각의 상기 화상 프레임들의 수를 적응적으로 전환하여 , 각 GOP가 정수의 프레임들을 포함하고 다수의 GOP의 프레임들의 수가 상기 소정 정수와 같아지도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 부호화 방법.
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