KR100460758B1 - 가변길이 코드의 패킹 및 언패킹 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고정 길이를 갖는 패킷(packet)에 종속적인 가변 길이의 코드를 패킹 및 언패킹하는 방법에 관한 것으로, 이를 위해 본 발명의 코드 패킹 방법은 다수의 코드블럭으로 구성되는 가변길이 코드를 고정된 길이를 갖는 코드로 패킹하는 방법에 있어서, 상기 다수의 코드블럭을 제1블럭과 제2블럭으로 분할하는 단계; 상기 제1블럭을 일방향으로부터 차례로 패킹하고 상기 제2블럭을 타방향으로부터 차례로 패킹하는 단계; 및 상기 패킹된 제1블럭과 제2블럭을 하나의 코드로 결합하는 단계; 상기 제1블럭과 제2블럭이 결합된 코드를 상기 제1블럭과 제2블럭으로부터 양자화 단계 및 가변길이 코드를 추출하는 단계; 및 상기 추출된 가변길이 코드를 상기 양자화 단계를 참조하여 언패킹하되, 제1블럭을 일방향으로 부터 차례로 언패킹하고 상기 제2블럭을 타방향으로 부터 차례로 언패킹하여 이를 하나로 결합하는 단계를 포함하는 코드 패킹 및 언패킹 방법을 제공한다.

Description

가변길이 코드의 패킹 및 언패킹 방법{Method for packing and unpacking variable length code}

본 발명은 고정 길이를 갖는 패킷(packet)에 종속적인 가변 길이의 코드를 패킹 및 언패킹하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

통상적으로, 영상 및 음성과 같은 멀티미디어 데이터는 허프만 코딩과 같은코딩방법에 의해 가변길이 코드로 변환되며, 비디오 프레임의 경우 다음과 같은 순서에 의해 압축된다.

비디오 프레임의 경우에는 아다마드(hadamard) 변환에 의하여 공간 성분을 주파수 성분으로 바꾼 후, 이를 양자화에 의하여 이산 신호로 변환하고, 변환된 신호를 갈럼-라이스(Galomb-Rice) 코딩하여 가변길이 코드로 만든다.

이어서, 상기한 가변길이 코드와 양자화 레벨 및 DC 계수를 32 비트로 패킹(packing)한다.

갈럼-라이스 코딩방법은 허프만(huffman) 코딩방법의 일종으로 이산신호를 압축하는데 이용되며, 양자화된 이산신호를 압축하는 압축률을 결정하는 압축 계수(K)를 가지고 있다.

예컨데, 7개의 코드블럭으로 이루어진 코드에서 첫번째 코드블럭을 구성하는 이진수 "10011"을 50%의 압축률에 따라(K = 2, 2, 2, 1, 1 ,0, 0) 갈럼-라이스 코딩하면 다음과 같다.

압축 계수(K)로 2를 적용하면, "10011"중 하위 2비트 "11"을 그대로 보존하고 상위 3비트 "100"을 변환 대상으로 한다.

이때의 상위 3비트의 변환은, 이진수 "100"이 십진수 "4"에 해당하므로 "0"를 네게 배열하도록 한다.

또한, 상기 상위 3비트와 하위 2비트를 구분하기 위하여 "1"을 콤마(comma)로써 삽입하면, 이진수 "10011"을 50%의 압축률(K=2)을 주어 갈럼-라이스 변환 시, "0000111"로 표현된다.

이하, "0000"으로 표현된 상위 3비트 영역을 일진수 영역이라 하고 "11"로 표현된 부분을 이진수 영역이라 한다.

상기한 가변길이 코드의 패킹방법을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2에 도시된, "bc"는 각 코드의 일진수 부분에 대한 비트 숫자를 나타내며, sh_l은 각 코드의 쉬프트할 길이를 나타낸다.

패킹될 갈럼-라이스(Golomb-Rice) 코드는 고정길이를 갖는 콤마와 이진수 영역, 그리고 가변길이의 일진수 영역을 좌측으로 정렬시켜 발생시킨 후, 배럴 쉬프터(도면에는 도시되지 않음)에 의해 일진수 영역의 길이만큼 코드블럭(C1)에서 코드블럭(C7)방향으로 쉬프트 시킨다.

이때, 각 코드블럭(C1 ∼ C7)은 누적된 코드블럭의 길이와 일진수 영역의 길이를 더한 후, 더해진 값에 따라 쉬프트 한다.

한편, 상기한 과정에 의하여 압축된 비디오 프레임은 다음과 같은 순서에 의하여 역압축 된다.

상기한 방법에 의해 패킹된 코드에서 가변길이 코드, 양자화 레벨 및 DC 계수를 언패킹한 후, 가변길이 코드를 갈럼-라이스 디코딩한다.

이어서, 패킹된 코드로부터 얻어진 양자화 레벨을 참고하여 역양자화 한 후, 이를 역 아다마드(hadamard)변환을 하여 주파수 성분을 공간성분으로 바꾼다.

도 1은 종래 기술에 따른 비디오 프레임 패킹의 개념을 도시한 것으로, 7개의 코드블럭으로 이루어진 비디오 프레임의 패킹이 최상위 코드블럭(C1)부터 최하위 코드블럭(C7) 방향으로 순차적으로 패킹되는 것을 나타낸다.

도 2는 도 1에 도시된 패킹 순서에 따라 상기 가변길이 코드를 패킹하는 방법을 도시한 것으로 7개의 코드 블럭(C1 ∼ C7)이 21비트의 고정된 길이를 갖는 코드로 패킹되는 과정을 나타낸다.

도 2에 도시된 바와 같이, 각각의 코드 블럭(C1 ∼ C7)은 압축계수(K=2)에 의해 1비트를 차지하는 콤마와 2비트로 구성되는 이진수 영역, 즉 3비트 이외의 영역은 일진수 영역으로 채워지게 된다.

따라서, 코드블럭(C1)의 일진수 영역이 4비트라면 코드블럭(C2)은 코드블럭(C1)의 이진수 영역이 차지하는 3비트에서 4비트 만큼 더 우측으로 쉬프트 된다.

여기서, bc1 ∼ bc7은 갈럼 라이스 변환후 각각의 코드 블럭(C1 ∼ C7)이 가지는 일진수 영역을 나타낸다.

이와같은 방법에 의하여 각각의 코드블럭(C1 ∼ C7)의 일진수 영역은 다음 코드블럭의 위치를 계산하기 위하여 차례로 누적되어 계산되며, 각각의 코드를 21비트로 패킹시, 코드블럭(C1)내지 코드블럭(C7)은 서로 겹치는 부분없이 21비트의 코드상에 나란히 배열된다.

마지막으로, 21비트의 GR(Golomb-Rice) 코드상에 나란히 배열된 각각의 코드(C1 ∼ C7)를 모두 비트별로 논리합하면 최종적으로 21비트의 고정길이로 패킹된다.

상기한 바와 같이, 종래의 패킹 방법은 코드블럭(C1)에서 코드블럭(C7)의 방향으로 순차적으로 코딩하므로, 그 동작에 있어서 종속적인 처리 지연시간 증가가발생한다.

도 3은 종래의 패킹 방법에 따른 하드웨어적인 블럭 구성을 나타낸 것으로, 각각의 코드블럭(C1)에서 일진수 영역을 구하고 상기 구해진 일진수 영역을 참조하여 코드블럭(C2)이 시작될 위치를 파악하여 일진수 영역과 이진수 영역을 차례로 배치하여 패킹된 데이터를 언패킹하는 것을 나타낸다.

도 3에 도시된 바와 같이, 코드블럭(C1)의 일진수 영역은 코드블럭(C1')의 일진수 영역(a)에 기록되고, 코드블럭(C1)에서 추출된 일진수 영역의 비트길이를 파악하여 코드블럭(C1')의 일진수 영역(a)이 끝나는 지점에 이진수 영역(b)을 기록한다.

압축률이 50%(K=2)이므로 각각의 코드블럭(C1 ∼ C3)의 이진수 영역은 2비트가 되고 멀티플렉서(M1)는 코드블럭(C1)의 일진수 영역의 길이에 2비트를 더한 길이만큼 쉬프트 하여 코드블럭(C2)의 일진수 영역과 이진수 영역을 코드블럭(C2')의 일진수 영역(c)과 이진수 영역(d)에 기록하게 된다.

이와같은 방법으로 패킹된 코드를 언패킹시, 코드블럭 C1 ∼ C7를 차례로 언패킹 하여야 한다.

즉, 가변길이를 갖는 코드를 한쪽 방향으로 패킹하거나 언패킹하는 경우에 마지막 7번째 코드블럭(C7)은 첫번째 코드블럭(C1)부터 여섯번째 코드블럭(C6)까지 차례로 패킹하거나 언패킹을 수행한 후 비로서 패킹 또는 언패킹 할 수 있으므로, 이는 하드웨어 설계시 각각의 코드 블럭을 순차적으로 패킹 또는 언패킹하는데 많은 시간을 필요로 한다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여 종래에 패킹시에는 병렬 쉬프트 후 비트와이즈 논리합하는 방식을, 언패킹시에는 병렬적인 선행 "0" 검출기에 의한 방식을 채택하기도 하였으나, 근본적으로 7개의 종속적인 지연시간은 해결하지 못하였다.

또한 패킹시의 지연시간보다 언패킹시의 지연시간이 상대적으로 커서(2배이상) 시스템을 하드웨어로 구성할 때 인코딩의 임계경로 지연시간과 디코딩의 임계경로 지연시간이 서로 상이해 비대칭적인 설계가 불가피했다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 가변길이 코드를 일정한 길이를 갖는 코드로 패킹하고 이를 언패킹시 발생하는 지연시간을 최대한 감소시키는 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 비디오 프레임 패킹의 개념도,

도 2는 종래 기술에 따른 가변길이 코드를 패킹하는 방법을 설명하는 도면,

도 3은 종래의 패킹 방법에 따른 하드웨어적인 블럭 구성을 나타낸 도면,

도 4는 본 발명의 비디오 프레임 패킹의 개념도,

도 5는 본 발명에 따른 코드 패킹방법을 설명하는 도면

도 6은 본 발명에 따른 언패킹하는 방법을 하드웨어적인 관점에서 설명하기 위한 블럭 개념도.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 코드 패킹 방법은,다수의 코드블럭으로 구성되는 가변길이 코드를 고정된 길이를 갖는 코드로 패킹하는 방법에 있어서, 상기 다수의 코드블럭을 제1블럭과 제2블럭으로 분할하는 단계; 상기 제1블럭을 일방향으로부터 차례로 패킹하고 상기 제2블럭을 타방향으로부터 차례로 패킹하는 단계; 및 상기 패킹된 제1블럭과 제2블럭을 하나의 코드로 결합하는 단계; 상기 제1블럭과 제2블럭이 결합된 코드를 상기 제1블럭과 제2블럭으로부터 양자화 단계 및 가변길이 코드를 추출하는 단계; 및 상기 추출된 가변길이 코드를 상기 양자화 단계를 참조하여 언패킹하되, 제1블럭을 일방향으로 부터 차례로 언패킹하고 상기 제2블럭을 타방향으로 부터 차례로 언패킹하여 이를 하나로 결합하는 단계를 포함하는 코드 패킹 및 언패킹 방법을 제공한다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 코드 패킹방법이 코드블럭(C1 ∼ C7)을 두개의 코드블럭(C1 ∼ C4, C5 ∼ C7)으로 나뉘어 진행하는 것을 개념적으로 보여주는 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 코드 패킹방법을 설명하는 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 각각의 코드블럭(C1 ∼ C4)을 압축계수(K)에 따라 1비트를 차지하는 콤마와 2비트로 구성되는 이진수 영역, 즉 3비트 이외의 영역은 일진수 영역으로 채운 후, 이를 레지스터 R1 ∼ R4에서 쉬프트 라이트 한다.

이때, 코드블럭(C2)이 쉬프트되는 양은 코드블럭(C1)의 일진수 영역, 콤마 및 이진수 영역의 길이를 합한만큼이 된다.

즉, 각각의 코드블럭(C1 ∼ C4)은 이전단계의 코드블럭의 길이에 의하여 쉬프트 양이 결정된다.

한편, 코드블럭(C5 ∼ C7)은 상기한 코드블럭(C1 ∼ C4)이 쉬프트 라이트할때, 코드블럭(C5)는 레지스터(R5)에서, 코드블럭(C6)는 레지스터(C6)에서, 코드블럭(C7)은 레지스터(R7)에서 쉬프트 레프트한다.

따라서, 코드블럭(C1)의 일진수 영역은 코드블럭(C2)의 쉬프트 량을 결정하는 바, 각각의 코드블럭 C1 ∼ C4의 일진수 영역은 다음 코드블럭의 쉬프트 량을 계산하기 위하여 차례로 계산된다.

이때, 4개의 코드블럭(C1 ∼ C4)만 순차적으로 쉬프트 라이트 하므로 종래에 비하여 코드 패킹을 위한 시간이 감소하게 된다.

또한, 이때 코드블럭(C5 ∼ C7)이 코드블럭(C1 ∼ C4)과 반대 방향에서 쉬프트 레프트 하여 각각의 레지스터(R5 ∼ R7)를 기록하게 된다.

따라서, 7개의 코드블럭(C1 ∼ C7)으로 이루어진 데이터를 패킹하기 위하여 코드블럭을 둘로 나우어(C1 ∼ C4, C5 ∼ C7) 각각 다른 방향에서 쉬프트 한 후, 이를 비트별로 논리합 함으로써, 종래에 비하여 비디오 프레임을 패킹하는데 소요되는 시간이 감소하게 된다.

도 6은 도 5에 도시된 패킹방법에 의해 패킹된 데이터가 21비트(b0 ∼ b20)라는 가정하에 언패킹하는 방법을 하드웨어적인 관점에서 설명하기 위한 블럭 개념도이다.

도 6에 도시된 lzf(0)는 비트(b0)에서 상위비트 방향으로 진행되는 일진수 영역의 길이를 나타내고, lzf(3)은 비트(b3)에서 상위비트 방향으로 진행되는 일진수 영역의 길이를 나타내며, bs(1)은 상기 lzf(0)의 일진수 영역이 끝난 후, 첫번째 이진수 영역을 나타낸다.

또한, 도 6의 블럭 개념도는 21비트의 패킹된 데이터의 압축률이 50%라는 가정하에 압축계수(K)는 2, 2, 2, 1, 1, 0, 0을 적용하였다.

따라서, 패킹된 코드블럭(C1)의 일진수 영역은 코드블럭(C1')의 a영역에 배치되고, 상기 a영역에 배치된 일진수 영역의 길이만큼 쉬프트되어 코드블럭(C1)의 이진수 영역이 배치된다.

이때 코드블럭(C1)의 b영역에 배치되는 이진수 영역은 압축계수(K)가 2이므로 2비트가 된다.

이어서, 코드(C1')의 b영역에 배치된 이진수 영역이 2비트이고 일진수 영역과 이진수 영역을 구분하는 콤마(comma)가 1비트를 차지하므로, 두번째 코드(C2)는 적어도 비트 b0에서 하위비트 방향으로 3비트 이격된 비트(b3)에서 시작할 수 있다.

물론, 이때의 비트위치(b3)는 코드블럭(C1)의 일진수 영역이 없다는 가정하에서 가능한 위치이며, 실제로는 이보다 더 이격된다.

따라서, 멀티플렉서(M1)는 두번째 코드블럭(C2)를 코드(C2')에 디코드시, 비트(b3)부터 실행할 수 있도록 lzf(3) ∼ lzf(9)의 범위, 즉 비트(b3) ∼ 비트(b9)에서 두번째 코드블럭(C2)의 이진수 영역의 갯수를 세어 이를 코드(C2')의 a영역에 기록하고 멀티플렉서(M2)로도 전송한다.

이때, 코드(C2')에는 상기 이진수 영역의 갯수만큼 쉬프트 후, 이진수 영역을 b영역에 기록하게 된다.

한편, 상기 첫번째 코드블럭(C1)이 언패킹될때, 코드블럭(C5)이 비트(b20)에서 상위비트 방향으로 일진수 영역을 카운트하여 이를 코드(C5')에 기록하고 이후, 차례로 코드블럭 C6, C7을 언패킹한다.

이 과정은 상기한 코드블럭 C1, C2을 언패킹하는 과정과 그 방법이 동일하되, 단 일진수 영역의 갯수를 최하위 비트(b20)부터 역으로 상위비트 방향으로 카운트하여 코드블럭(C5 ∼ C7)에 적용한다.

즉, 패킹된 데이터를 상위비트(b0)와 하위비트(b20)에서 동시에 언패킹하여 종래에 비하여 언패킹에 소요되는 시간을 1/2가량 감소시킨다.

본 발명에서는 비디오 프레임을 패킹, 언패킹 하는것을 예로 들었으나, 이 외에도 가변길이 코드로 구성되는 프레임을 일정한 크기로 패킹하여 보내는 오디오 및 기타 영상 프레임에도 적용이 가능하다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명이 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어 명백할 것이다.

본 발명은 상기한 바와 같이, 가변길이 코드를 일정한 비트길이를 갖는 코드로 패킹할때 소요되는 시간을 감소시키며, 코드를 언패킹시에도 종래에 비하여 1/2의 시간만 필요하며, 종래에 비하여 언패킹시 사용되는 멀티플렉서의 갯수도 감소하므로 고속으로 동작하거나 전력소모가 적어야하는 비디오 영상 프레임의 압축 및 역압축 시스템에 응용할 수 있다.

Claims (6)

1. 다수의 코드블럭으로 구성되는 가변길이 코드를 고정된 길이를 갖는 코드로 패킹하는 방법에 있어서,

   상기 다수의 코드블럭을 제1블럭과 제2블럭으로 분할하는 단계;

   상기 제1블럭을 일방향으로부터 차례로 패킹하고 상기 제2블럭을 타방향으로부터 차례로 패킹하는 단계; 및

   상기 패킹된 제1블럭과 제2블럭을 하나의 코드로 결합하는 단계

   상기 제1블럭과 제2블럭이 결합된 코드를 상기 제1블럭과 제2블럭으로부터 양자화 단계 및 가변길이 코드를 추출하는 단계; 및

   상기 추출된 가변길이 코드를 상기 양자화 단계를 참조하여 언패킹하되, 제1블럭을 일방향으로 부터 차례로 언패킹하고 상기 제2블럭을 타방향으로 부터 차례로 언패킹하여 이를 하나로 결합하는 단계

   를 포함하는 코드 패킹 및 언패킹 방법.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 제1블럭과 제2블럭을 하나의 코드로 결합하는 단계에 있어서,

   상기 패킹된 제1블럭과 상기 패킹된 제2블럭을 논리합하여 결합하는 것을 특징으로 하는 가변길이 코드의 패킹방법.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,

   상기 언패킹된 제1블럭과 제2블럭을 하나의 코드로 결합하는 단계에 있어서,

   상기 언패킹된 제1블럭과 상기 패킹된 제2블럭을 논리합하여 결합하는 것을 특징으로 하는 코드 언패킹방법.