KR100451184B1 - 모션 벡터 탐색 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 현재 프레임의 각각의 블록들에 대한 이전 프레임에서의 모션 벡터 정보를 추출하고 저장하는 제 1 단계와; 상기 추출된 이전 프레임의 모션 벡터 정보를 이용하여 기준 블록의 이웃 블록들의 모션 벡터의 평균값을 구하고 그 구한 평균값의 기울기를 산출하는 제 2 단계와; 상기 산출된 평균값의 기울기를 이용해 탐색 영역의 중심과, 탐색 영역의 감소분을 결정하는 제 3 단계와; 상기 탐색 영역의 중심과 상기 감소된 탐색 영역내에서 완전 탐색을 실행하여 최종적인 기준 블록에 대한 정합 블록을 찾아내고, 모션 벡터를 추출하는 제 4 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 모션 벡터 탐색 방법을 제공한다. 따라서, 본 발명은 공간적 상관 관계 및 움직임 벡터의 기울기를 이용하여 탐색 영역을 적응적으로 줄임으로써 연산량을 감소시키는 장점이 있다.

Description

모션 벡터 탐색 방법{METHOD FOR SEARCHING MOTION VECTOR}

본 발명은 동영상 압축에서의 모션 벡터 탐색 방법에 관한 것으로, 특히 화질을 유지하면서 탐색 영역을 감소시켜 연산량을 줄임으로써 빠르게 모션 벡터를 탐색해내는 모션 벡터 탐색 방법에 관한 것이다.

모션 벡터 탐색은 동영상 압축기의 성능을 좌우하는 매우 중요한 부분 중의 하나로 특히 동영상 압축기에서 가장 많은 연산량을 소모한다.

따라서, 연산량을 감소시키는 방법이 다양하게 연구되어 왔는데, 이러한 방법을 수행하기 위한 각종 고속 알고리즘은 대체적으로 움직임 추정 핵심부를 어떤 지점을 중심으로, 입력 영상의 어떤 해상도에서, 어떤 블록 크기로 어느 정도의 영역을 정해서 탐색하느냐에 따라 결정된다.

이 중에서, 현재 실제 하드웨어로 구현함에 있어서, 가장 많이 구현이 되는 방법은 완전 탐색 방법 및 이의 변형적인 방법인데, 완전 탐색 방법을 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래 기술에 따른 일반적인 모션 벡터 탐색부의 입출력도이고, 도 2는 종래 기술에 따른 모션 벡터 탐색 과정의 개념도이다.

도 1을 참조하면, 모션 벡터 탐색부는 O(k, l), P(k, l), 탐색 영역, BS를 입력받아 SAD 와 모션 벡터를 출력하게 된다.

여기서, O(k,l)(Original Data, Current Block)은 현재 탐색하고자 하는 원영상 블록이고, P(k,l)(Previous Reconstructed Frame)은 복원된 이전 프레임이다.

상기 BS(Block Size)는 블록의 크기이고, (MO, N0)와 (M1, N1)은 탐색 영역으로, (M0, N0)는 사각 모양의 탐색 영역에서 좌측 상단 좌표이고, (M1, N1)은 사각 모양의 탐색 영역에서 우측 하단 좌표이다.

즉, 도 2를 참조하면, 먼저 현재 프레임의 기준이 되는 블록 O(k, l)을 선정하고, 이 블록의 정보를 이전 프레임으로부터 얻어와야 하므로, 이전 프레임 P(k, l)을 입력하게 되면, 원영상 블록 O(k,l)과 가장 유사한 블록을 P(k, l)에서 주어진 사각형 모양의 탐색 영역 범위내에서 찾는 것이다.

따라서, 이전 프레임에서 현재 프레임의 기준 블록의 위치와 똑같은 위치를 탐색 영역의 중심으로 삼고, 탐색 영역 내부의 모든 후보 블록과의 비교를 통해 영역의 유사성을 가름하는 척도인 SAD 및 모션 벡터를 구하는데, 수식으로 나타내면 다음과 같다.

........(식1)

.......(식2)

즉, BS=16, (M0, N0)=(-16, -16), (M1, N1)=(15, 15)로하고 (0, 0)을 기준점으로 해서 해상도의 영상을 공급하면 MPEG-4나 H.263에서의 한 매크로 블록에 대한 전역 움직임 탐색이 된다.

여기서 구해진 SAD중에서 최소의 SAD값을 갖는 블록을 정합 블록으로 채택하여 정해진 정합 블록과 기준 블록과의 움직임 차이를 구할 수 있고, 이러한 과정을통해서 최종적인 움직임 벡터를 결정한다.

그러나, 하드웨어의 경우는 소프트웨어와 달리 사각형의 탐색 영역을 보장하는 것이 순차적인 효율을 해치지 않는 필수적 요구사항인데, 완전 탐색의 방법을 사용하면 경우에 따라서 필요가 없는 부분까지 탐색하게 되는 경우가 생기게 된다.

완전 탐색의 경우 탐색 영역을 조금만 줄여도 많은 연산량이 줄어들게 되는데, 예를 들어서 매크로 블록의 크기가 16이고, 탐색 영역의 크기가 8인 경우의 연산량을 하기의 (식3)을 이용해 구하면 N=16, p=8이므로 73984가 구해진다.

........(식3)

이러한 경우, 탐색 영역의 크기를 2 화소만 줄여도 연산량은 43264가 나오며, 위의 값과 비교해보았을 때, 연산량이 많이 감소함을 알 수 있다.

또한 일반적인 동영상에서 각 프레임의 블록과 블록간의 움직임에는 상관 관계가 있는데, 종래 기술에서는 이전의 수행 과정에서 얻을 수 있는 여러가지 유용한 정보들을 이용하고 있지 않으므로 연산량이 과다해지는 단점이 있었다.

따라서, 본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 특히 각 블록의 움직임 정보를 이용하여 탐색 영역을 블록의 움직임 성향에 따라 적응적으로 줄임으로써 화질을 유지하면서 연산량을 줄여 모션 탐색에 모션 벡터 탐색 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예는, 현재 프레임의 각각의 블록들에 대한 이전 프레임에서의 모션 벡터 정보를 추출하고 저장하는 제 1 단계와; 상기 추출된 이전 프레임의 모션 벡터 정보를 이용하여 기준 블록의 이웃 블록들의 모션 벡터의 평균값을 구하고 그 구한 평균값의 기울기를 산출하는 제 2 단계와; 상기 산출된 평균값의 기울기를 이용해 탐색 영역의 중심과, 탐색 영역의 감소분을 결정하는 제 3 단계와; 상기 탐색 영역의 중심과 상기 감소된 탐색 영역내에서 완전 탐색을 실행하여 최종적인 기준 블록에 대한 정합 블록을 찾아내고, 모션 벡터를 추출하는 제 4 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 모션 벡터 탐색부의 일반적인 입출력도.

도 2는 종래 기술에 따른 완전 탐색 방법을 설명하기 위한 예시도.

도 3은 본 발명에 따른 모션 벡터 탐색 방법을 설명하기 위한 플로우차트.

도 4는 블록간의 상관 관계를 설명하기 위한 개념도.

도 5는 탐색 영역의 적응적 중심 보정 개념도.

도 6은 탐색 영역의 감소분의 조건표.

***도면의 주요 부분에 대한 부호 설명***

1 : 모션 벡터 탐색부

이하, 본 발명에 따른 일 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 모션 벡터 탐색 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 모션 벡터 탐색 방법은 현재 프레임의 각각의 블록들에 대한 이전 프레임에서의 모션 벡터 정보를 추출하고 저장하는 단계(S10)와; 상기 추출된 이전 프레임의 모션 벡터 정보를 이용하여 기준 블록의 이웃 블록들의 모션 벡터의 평균값을 구하고 그 구한 평균값의 기울기를 산출하는 단계(S20)와; 상기 산출된 평균값의 기울기를 이용해 탐색 영역의 중심과, 탐색 영역의 감소분을 결정하는 단계(S30)와; 상기 탐색 영역의 중심과 상기 감소된 탐색 영역내에서 완전 탐색을 실행하여 최종적인 기준 블록에 대한 정합 블록을 찾아내고, 모션 벡터를 추출하는 단계(S40~S50)로 이루어진다.

현재 프레임의 각각의 블록들에 대한 이전 프레임에서의 모션 벡터 정보는이미 구해져 있는 상태이다(S10).

도 4를 참조하면, 블록들의 움직임은 서로 공간적 상관 관계가 존재하므로, 기준 블록(B0)과 이웃 블록들(B1~B4)의 움직임 성향은 이전 프레임에서 구한 모션 벡터를 이용하여 판단한다.

이 때, 사용되는 변수로서 하기의 (식4)에 의해 이웃 블록들의 모션 벡터의 평균값을 구하고, 그 구해진 모션 벡터의 평균값이 나타내는 벡터 방향값에 의해 기울기를 산출한다(S20).

......(식4)

즉, 이러한 과정에서 구해진 벡터의 평균값의 반대 방향 벡터를 현재 프레임의 기준 블록의 정합 블록을 구하기 위한 탐색 영역의 중심으로 한다.

위의 과정을 통해서 도 5에 도시한 바와 같은 탐색 영역의 중심과 탐색 영역의 감소분을 결정한다(S30)

상기 탐색 영역의 감소분은 기준 블록의 움직임 성향에 따라 결정되는데, 예를 들어, 기준 블록의 움직임이 수평 방향보다 수직방향이 지배적인 경우 수직 방향의 길이와 수평 방향의 길이가 같은 탐색 영역을 사용할 필요가 없다.

따라서 이런 경우라면 수평 방향의 길이를 수직 방향의 길이보다 작게 해도 움직임 벡터를 찾는데 있어서 문제가 없게 된다.

즉, 기울기의 값이 크면 클수록, 기준 블록의 움직임 성향은 수직적이라고 말할 수 있고, 작으면 작을 수록 수평적이라고 말할 수 있다.

도 6은 탐색 영역의 감소분의 조건을 기재한 표이다.

상기 구해진 기울기의 값이 1.5 이상이면 탐색 영역의 가로축은 원래 길이의반으로 하고, 세로축은 원래 길이로 한다..

상기 기울기의 값이 0.5 이하이면 탐색 영역의 가로축은 원래 길이로 하고, 세로축은 원래 길이의 반으로 한다.

상기 기울기의 값이 0.5 이상이고 1.5 이하이면 가로축, 세로축 모두 원래 길이의 반으로 한다.

이렇게 결정된 탐색 영역의 중심과 적응적으로 줄어든 영역내에서 완전 탐색을 실행하여 최종적인 기준 블록에 대한 정합 블록을 찾아내고 움직임 벡터를 추출해낸다(S40, S50).

이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.

상기에서 살펴본 본 발명은 완전 탐색 방법을 이용한 움직임 벡터 탐색에서 탐색 영역을 제거함으로써 움직임 벡터 추정에 필요한 연산량을 감소시킨다.

Claims (3)

1. 현재 프레임의 각각의 블록들에 대한 이전 프레임에서의 모션 벡터 정보를 추출하고 저장하는 제 1 단계와;

   상기 추출된 이전 프레임의 모션 벡터 정보를 이용하여 기준 블록의 이웃 블록들의 모션 벡터의 평균값을 구하고, 그 구한 평균값의 기울기를 산출하는 제 2 단계와,

   상기 산출된 평균값의 기울기를 이용해 탐색 영역의 중심과, 탐색 영역의 감소분을 결정하는 제 3 단계와;

   상기 탐색 영역의 중심과 상기 감소된 탐색 영역내에서 완전 탐색을 실행하여 최종적인 기준 블록에 대한 정합 블록을 찾아내고, 모션 벡터를 추출하는 제 4 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 모션 벡터 탐색 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 제 3 단계는

   상기 평균값의 기울기 값이 1.5 이상이면 수평 방향의 길이를 감소시키고, 상기 평균값의 기울기값이 0.5 이하이면 수직 방향의 길이를 감소시키는 것을 특징으로 하는 모션 벡터 탐색 방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 제 3 단계는

   상기 모션 벡터의 평균값의 반대 방향 벡터를 탐색 영역의 중심으로 하는 것을 특징으로 하는 모션 벡터 탐색 방법.