KR100476486B1 - 해상도변환방법및장치,및해상도변환을위한디코더 - Google Patents

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Abstract

공간 주파수 영역에서의 동작을 이용하여 제 1 영상 해상도로부터의 영상의 해상도를 제 2 영상 해상도로 변환하기 위한 장치. 제 1 영상 해상도에서 영상을 나타내는 제 1 그룹의 변환값은 공간 주파수 영역에서의 제 2 영상 해상도에서 영상을 나타내는 제 2 변환값으로 맵핑된다. 장치는 제 1 그룹의 변환값과 제 2 그룹의 변환값 사이의 맵핑 계수 값인 저장된 미리 계산된 값을 포함한다. 미리 계산된 값은 메모리로부터 검색되고 제 1 그룹의 변환값을 공간 주파수 영역에서의 제 2 그룹의 변환값으로 직접 맵핑하기 위하여 사용된다.

Description

해상도 변환 방법 및 장치, 및 해상도 변환을 위한 디코더
본 발명은, 코딩된 신호의 원래의 변환 계수들을 새로운 변환 계수들에 공간 주파수 영역에서 직접적으로 맵핑함으로써 코딩된 신호의 샘플들의 수를 변경하는 프로세서에 관한 것으로, 특히 원래의 이산 코사인 변환 계수들을 새로운 이산 코사인 변환 계수들에 직접적으로 맵핑함으로써 , 엔코딩된 영상, 예를 들면, MPEG-2 엔코딩된 비디오 신호들로 표현되는 영상의 해상도를 변환하는 프로세서에 관한 것이다.
미국에서는, 디지털 엔코딩된 고품위 텔레비전 신호에 대한 표준이 제안되었다. 이 표준의 일부는 국제 표준화 기구(ISO; International Organization for Standardization)의 동화상 전문가 그룹(MPEG)에 의해 제안된 MPEG-2 표준과 본질적으로 동일하다. 상기 표준은 "정보 기술-동화상 및 관련 오디오의 포괄적 코딩, 권고 H.626(Information Technology-Generic Coding of Moving Pictures and Associated Audio, Recommendation H.626)"라는 제목이 붙여졌고, ISO로부터 취득 가능한 국제 규격 공보(ISO/IEC 13818-2. 1995)에 설명되어 있고, 이는 MPEG-2 디지털 비디오 코딩 표준을 설명하기 위해 참고로 본 명세서에서 포함되었다.
MPEG-2 표준은 실제적으로 몇몇 다른 표준들이다. MPEG-2에서, 몇몇 다른 프로파일들이 규정되고, 이들 각각은 엔코딩된 영상의 복잡성의 다른 레벨(different level of complexity)에 대응한다. 각 프로파일에 대해, 다른 레벨들이 규정되고, 각 레벨은 다른 영상 해상도(image resolution)에 대응한다. MPEG-2 표준들 중 메인 프로파일로 알려진 하나인 메인 레벨(MP@ML)은 기존 텔레비전 표준(예, NTSC 및 PAL)에 따르는 비디오 신호들을 코딩하도록 의도된 것이다. 메인 프로파일로 알려진 다른 표준인, 하이 레벨(MP@HL)은 고품위 텔레비전 영상들(high-definition television)의 코딩을 위해 의도된 것이다.
MP@HL 표준에 따라 엔코딩된 영상들은 영상 프레임당 1,152 개의 액티브 라인들(active lines)과 한 라인당 1,920개의 픽셀들을 가질 수 있다. 한편 MP@ML 표준은 라인당 720 픽셀들과 프레임당 567 라인들의 최대 화상 크기를 규정한다. 미국에서 HDTV 엔코딩을 위해 제안된 고품위 텔레비전 표준은 MP@HL 표준의 일 부분이고, 프레임당 1,080 라인들과 한 라인당 1,920 개의 픽셀들을 갖고, 이 프레임 크기에 대해 초당 30프레임들의 최대 프레임 속도를 갖는다.
MPEG-2 표준은 데이터와 제어 정보의 혼합을 포함하는 복잡한 구조(complex syntax)를 규정한다. 이 제어 정보의 일부는 몇몇 다른 포맷들을 갖는 신호들이 상기 표준에 의해 커버될 수 있도록 하는데 이용된다. 이들 포맷들은 라인당 다른 수의 화상 소자들(픽셀들), 프레임 또는 필드당 다른 수의 라인들, 및 초당 다른 수의 프레임들 또는 필드들을 갖는 영상들을 규정한다. 또한, MPEG-2 메인 프로파일의 기본 구조는 6개의 층 즉, 시퀀스 층, 화상 그룹 층, 화상 층, 조각 층(slice layer), 매크로블록 층 및 블록 층에서 영상의 시퀀스를 나타내는 압축된 MPEG-2 비트 스트림을 한정하다. 블록 층을 제외한 이들 각각의 층들은 제어 정보와 함께 소개된다. 최종적으로 부 정보(side information)로 알려진 다른 제어 정보(예컨대 프레임 형태, 매크로블록 패턴, 영상 움직임 벡터들, 계수 지그-재그 패턴 및 역양자화 정보)는 코딩된 비트 스트림을 통해 흩뜨려진다.
HDTV 시스템의 실현은 NTSC 및 PAL과 같은 기존 시스템과 호환되어야만 한다. 따라서, 효과적으로 디지털 영상들을 수신하기 위하여, HDTV 디코더는 MP@HL 표준 또는 MP@ML 표준에 대응하는 화상을 생성하여, 기존 수신기들 또는 전송기들과의 호환성을 제공할 수 있어야만 한다. 예컨대 HDTV 디코더는 MP@ML 엔코딩된 신호로부터 MP@HL 표준에 대응하는 화상 또는 MP@HL 엔코딩된 신호로부터 MP@ML 표준에 대응하는 화상을 생성할 수 있어야만 한다.
또한, MP@HL 신호로부터 생성된 영상을 표시할 수 있는 고품위 비디오 모니터를 갖는 새로운 수신기의 사용은, 어떤 소비자들에게는 과중한 가격 부담이 될 수 있다. 따라서, MP@HL 표준 또는 MP@ML 표준에 대응하는 화상을 생성할 수 있는 HDTV 디코더는, MP@ML 보다는 높지만 MP@HL 표준보다는 낮은 해상도를 제공하는 비디오 모니터들을 갖는 새롭고 낮은 가격의 수신기들을 허용해야 할 것이다. 이들 모니터중 하나를 포함하는 텔레비전 수신기는 낮은 해상도임에도 불구하고 MP@HL 신호로부터 생성된 영상을 표시할 수 있다.
기존 기술들을 사용하여 , MP@HL로부터 영상의 해상도를 MP@ML로 낮추기 위하여, 화소 영역에서 신호들을 보간하거나 디시메이트(decimate)하도록 보간 회로를 사용하는 디코더가 실현될 수 있다. 이들 종래의 방법에 의해 MP@ML 신호를 생성하도록 MP@HL 엔코딩된 신호를 처리하기 위해서는, MP@HL 엔코딩된 영상은 공간 주파수 영역에서 픽셀 영역으로 변환되고, 감소된 해상도의 영상을 생성하기 위해 보간되며, 그후 보간된 영상은 공간 주파수 영역으로 다시 변환된다. 이러한 형태의 처리는 가격이 주 요소가 되는 가정용 텔레비전 수신기내의 디코더의 실현으로서는 적합지 않을 것이다. 신호의 디코딩 , 보간 또는 디시메이트하고, 그후 코딩하기 위한 부가적인 회로가 요구된다. 더욱이 디코딩 및 엔코딩 동작은 감소된 해상도의 코딩된 신호에 의해 표시되는 영상의 바람직하지 못한 결과들을 초래할 수 있다.
대안의 방법은, 1995년 5월 18일 ACATS 기술 부그룹 회의에서 발표된, Jill Boyce 등에 의한 "HDTV 디코딩 능력을 가진 SDTV 수신기"(1995, 2월)에 보여진 바와 같이, 디코딩 전에 입력 HDTV 비트 스트림 중의 한 부분을 선택하는 디코더를 사용하는 것이다. 상기 문헌에서 개시된 디코더는 표준 텔레비전 수신기에 대한 가격과 복잡성을 줄이기 위한 시도에 있어서 많은 기술을 활용한다. 프리파서(preparser)는 입력 비트 스트림을 검사하여 보다 덜 중요한 코딩 요소들, DCT 계수들을 버린다. 이들 요소는 고주파수 DCT 계수들을 포함한다. 코딩 요소들을 그 후 공간 주파수 영역으로부터 픽셀 영역 내의 픽셀들로 변환된다. 이 픽셀들은 그후 낮은 해상도의 영상에 대한 픽셀들을 생성하기 다운-샘플링(down-sampled)된다.
영상을 엔코딩하기 위하여 다른 변환 기술을 사용하는 다른 시스템들이 제안되었다. 예컨대 푸리에 변환(Fourier Transforms) 및 Z-변환(Z-transforms)은 공간 주파수 영역 내의 엔코딩된 영상들에 이용되어 왔다. 이와 같은 한 시스템이 K. Blair Benson에 의한 "텔레비전 엔지니어 핸드북"(1992)에 도시되었고, 이는 디지털 엔코딩 영상에서의 그 기술을 참조하기 위하여 본 명세서에 포함된다. 이 시스템은 영상을 엔코딩하기 위하여 푸리에 변환을 사용한다. MPEG 표준에서와 같이, 이 시스템은 다른 해상도들로 영상을 엔코딩하기 위하여 사용될 수 있다. 따라서 다른 수신기 사이의 호환성을 제공하기 위한, 높고 낮은 해상도의 영상들 사이의 변환 필요가 이들 시스템에 요구된다.
본 발명은 공간 주파수 영역에서의 동작을 사용하여 제 1 영상 해상도로부터 제 2 영상 해상도로 영상의 해상도를 변환하는 장치에서 실현된다. 제 1 영상 해상도의 영상을 나타내는 제 1 그룹의 변환값들은 공간 주파수 영역에서 제 2 영상 해상도의 영상을 나타내는 제 2 그룹의 변환값들에 맵핑된다. 이 장치는 제 1 그룹의 변환값들과 제 2 그룹의 변환 값들 사이의 맵핑 계수값들인 저장된 미리 계산된 값들을 포함한다. 미리 계산된 값들은 메모리로부터 복원되고, 공간 주파수 영역에서 제 1 그룹의 변환값들을 제 2 그룹의 변환값들에 직접 맵핑하는데 사용된다.
발명의 요약
본 발명의 실시예는, 원래 영상의 DCT계수값들(F'i'j'(u',v'))을 공간 주파수 영역의 변환된 계수값들(Fij(u,v))로 맵핑함으로써 , 영상의 해상도를 다른 해상도로 바꾼다. 결과적으로 원래의 DCT 값(F'i'j'(u',v'))은, 예컨대 픽셀 영역에서의 디시메이션(decimation) 또는 보간에 의해, 영상의 해상도를 증가시키거나 감소시키기 위하여 픽셀 영역에서의 픽셀로 변환될 필요가 없다. 따라서 픽셀을 디시메이트 또는 보간하고, 디시테이트되거나 보간된 픽셀을 다시 DCT 계수값들로 정정하기 위한 부가적인 회로의 필요성이 제거되었다.
개관
원래의 DCT계수값들(F'i'j'(u',v'))을 변환 영역에서의 변환된 DCT 계수값들(Fij(u,v))로 변환하는 것은 가능한데, 그 이유는 다른 해상도에서의 DCT 계수값들 사이의 상관관계로 변환되는 변환 이전 및 이후의 화상에서의 공간 픽셀의 상관관계가 존재하기 때문이다. 푸리에 변환 및 Z-변환을 포함하는 다른 변환 방법들에 대한 공간 주파수 영역에서의 변환값들은 변환된 변환값으로 변환될 수 있는데, 그 이유는 다른 해상도에서의 변환값 사이의 상관관계로 변환되는 변환 이전 및 이후에 시간 영역에서의 값의 상관관계가 존재하기 때문이다.
원래의 DCT계수값들(F'i'j'(u',v'))은 제 1 해상도를 갖는 영상을 규정하고, 상기 영상의 픽셀들을 N 점의 2차원 DCT를 사용하여 DCT 계수값들로 변환시킴으로써 생성된다. 상기 N 점의 2차원 DCT는 다음 식(1)으로 규정 된다.
[수학식 1]
Figure pat00001
F'i'j'(u',v')는 j'번째의 블록과 i'번째의 매크로블록에 대한 원래의 DCT 계수값이고, 여기에서 u'와 v'는 공간 주파수 영역 좌표들이며 , u', v'= 0, 1, 2, . . . . N-1 이고, f'i'j'(m,n)은 m과 n이 픽셀 영역에서의 공간 좌표인 영상의 픽셀 값이며, m,n = 0, . . . , N-1이고, c(u')와 c(v')는 다음 식(2)으로 규정되는 변환 계수값들이다.
[수학식 2]
Figure pat00002
역으로, 영상의 픽셀값(f'i'j'(m,n))은 N 점의 역이산 코사인 변환(IDCT)을 사용하여 원래의 DCT계수값들(F'i'j'(u',v'))로부터 생성될 수 있다. N 점의 IDCT는 다음 식(3)에 의해 규정된다.
[수학식 3]
Figure pat00003
영상의 해상도는 예컨대 픽셀 영역의 픽셀값들(f'i'j'(m,n))의 보간 또는 디시메이션에 의해 감소되거나 증가될 수 있다. 예컨대 변환된 픽셀값(fij(x,y))은, 다음 식(4)에서 도시된 바와 같이, 픽셀 영역에서의 원래의 영상의 픽셀의 선형 중첩(linear superposition)을 사용하여 원래의 픽셀값들(f'i'j'(m,n))로부터 생성될 수 있다.
[수학식 4]
Figure pat00050
α 는 원래의 픽셀값들(f'i'j'(m,n))과 변환된 픽셀값들(fij(x,y)) 사이의 변환 계수(conversion coefficeient)이다. 변환된 픽셀값들(fij(x,y))에 의해 규정된 영상은 원래의 픽셀값들(f'i'j'(m,n))에 의해 규정된 영상과 다른 해상도를 갖는다.
변환된 DCT 계수값들(Fij(u,v))은 다음의 식(5)을 사용하여 변환된 픽셀값들(fij(x,y))로부터 생성될 수 있다.
[수학식 5]
Figure pat00005
Fij(u,v)는 j번째의 블록과 i번째의 매크로블록에 대한 변환된 DCT 계수값들이고, 여기에서 u와 v는 변환된 영상의 공간 주파수 영역 좌표들이고, u,v = 0, 1, 2, . . . . N-1 이고, fij(x,y)는, x와 y가 변환된 영상의 픽셀 영역에서의 공간 좌표이고 x,y = 0, . . . , N-1일 때, 변환된 픽셀값이다. 원래의 픽셀값들(f'i'j'(m,n))과 변환된 DCT계수값들((Fij(u,v)) 사이의 계수는 식(5)의 변환된 픽셀값들(fij(x,y))을 식(4)의 우변에 치환한 다음의 식 (6)으로 표시된다.
[수학식 6]
Figure pat00006
Figure pat00007
원래의 픽셀값들(f'i'j'(m,n))은 식(3)에서 도시된 바와 같이 원래의 DCT 계수값들((F'i'j'(u',v'))의 항으로 표시될 수 있으므로, 변환된 DCT계수값들((Fij(u,v))은 원래의 DCT계수값들((F'i'j'(u',v'))의 항으로 표시될 수 있다. 이는 식(6)의 원래의 픽셀값(f'i'j'(m,n))을 식(3)의 우변에 치환한 다음의 식(7)으로 표시된다.
[수학식 7]
Figure pat00008
식(7)은 식(8)과 식(9)으로 다시 쓰여질 수 있다.
[수학식 8]
Figure pat00009
여기에서
[수학식 9]
Figure pat00010
m과 m은 픽셀 영역에서 원래의 픽셀값들(f'i'j'(m,n))의 공간 좌표들이고, m,n = 0, . . . , N이며, x,y는 픽셀 영역에서 변환된 픽셀값들(fij(x,y))의 공간 좌표들이고, x,y = 0, . . , N-1 이다. 또한 u'와 v'는 원래의 DCT계수값들((F'i'j'(u',v'))의 공간 주파수 영역의 좌표이고, u',v' = 0,1,2, . . n-1 이다. u와 v는 변환된 DCT계수값들((Fij(u,v))의 공간 주파수 영역의 좌표이고, u, v = 0, 1, 2 . . . N-1 이다. α 는 변환 계수이다.
변환 계수(α )에 대한 실시예 값은 3× 2매크로블록들로 배열된 6개의 매크로블록들을 다음에 설명하는 바와 같이 하나의 매크로블록으로 변환하기 위한 표(1 내지 6)에 도시되어 있다. 식(9)에서 x, y, m, n, u, v, u', v' 및 α 의 각 값은 알고 있는 상수이므로, 미리 계산된 값(PCV)은 변환될 원래의 DCT계수값들((F'i'j'(u',v'))과는 독립적으로 식(9)을 사용하여 계산될 수 있다. 미리 계산된 값(PCV)의 계산은 원래의 DCT 계수값들((F'i'j'(u',v')) 또는 변환된 DCT 계수값들((Fij(u,v))에 의존하지 않는다. 미리 계산된 값(PCV)은, 3× 2 매크로블록들로 배열된 6개의 매크로블록들을 하나의 변환된 매크로블록으로 변환하기 위한 임의의 원래 DCT 계수값들((F'i'j'(u',v'))을 변환된 DCT 계수값들((Fij(u,v))로 변환하기 위하여 사용된다.
상기의 설명과 같이, 변환된 DCT계수값들((Fij(u,v))은 원래의 DCT계수값들((F'i'j'(u',v'))에 의해 표시되는 영상과 다른 해상도를 갖는 영상에 대응한다. 그러므로 원래의 DCT계수값들((F'i'j'(u',v'))을 변환된 DCT계수값들((Fij(u,v))으로 맵핑함에 의해 해상도는 변화될 수 있다. 이는 원래의 DCT계수값들((F'i'j'(u',v'))을 보간 또는 디시메이션을 수행하기 위한 픽셀값으로 변환하는 부가적인 회로와 픽셀값을 변환된 DCT계수값들((Fij(u,v))으로 변환하여 처리를 완성하는데 필요한 회로의 필요성을 제거한다. 덧붙여, 영상을 변환하는 처리 시간은 DCT계수를 픽셀값으로 변환하는 단계, 픽셀값을 처리하는 단계 및 처리된 픽셀값을 다시 DCT계수로 변환하는 단계를 제거함에 의해 감소된다. 최종적으로 이 방법에 의해 생성된 영상은, 픽셀 영역으로 변환되어, 보간되고 그후 공간 주파수 영역으로 다시 변환되는 영상보다 적은 중간 결과물을 갖는다.
예시적인 실시예들의 설명
도 1은 본 발명의 실시예에 따라서 원래의 DCT계수값들((F'i'j'(u',v'))을 공간 주파수 영역에서 변환된 DCT계수값들((Fij(u,v))로 맵핑하는 DCT 변환 장치(5)의 전체적인 구성을 도시한다. DCT 변환 장치(5)는 원래의 DCT계수값들((F'i'j'(u',v'))을 감소시키거나 또는 증가시킨다.
도 1에 도시된 바와 같이, 원래의 DCT 계수값들((F'i'j'(u',v'))에 의해 표시되는 엔코딩된 영상 데이터는 메모리(10)에 저장된다. 엔코딩된 영상 데이터는, 예컨대 MP@HL 또는 MP@ML 엔코딩된 영상이다. 원래의 DCT계수값들((F'i'j'(u',v'))은 매크로블록으로 배열되고 양자화되지 않는다. 원래의 DCT계수값들((F'i'j'(u',v'))은 원래의 DCT계수값들((F'i'j'(u',v'))을 감소 또는 증가된 해상도의 영상을 나타내는 변환된 DCT계수값들((Fij(u,v))로 맵핑하는 DCT 변환기(140)에 제공된다. 예컨대 입력 비트 스트림이 MP@HL로부터 MP@ML로 변환될 때, DCT계수들의 수는 감소된다. 입력 비트 스트림이 MP@ML로부터 MP@HL로 변환될 때, DCT계수의 수는 증가한다. 변환된 DCT계수값들은 메모리(30)에 저장된다. DCT 변환기(140)는 다음에 보다 상세히 설명된다.
DCT 변환기(140)는, 예컨대 1920× 1080 비월주사된 영상을 640× 540 비월주사된 영상으로 변환하는 것과 같이, 영상의 해상도에서의 변화를 규정하는 제어 신호(CS2)에 따라서, 원래의 DCT계수값들((F'i'j'(u',v'))을 변환된 DCT계수값들((Fij(u,v))로 맵핑한다. 제어 신호(CS2)에 따라서, 원래의 DCT계수값들((F'i'j'(u',v'))은 메모리(10)로부터 복원되고, 메모리(40)에 저장된 미리 계산된 값(PCV)은 선택 신호(SS1)에 따라서 복원된다. 메모리(40)는 예컨대 RAM 또는 ROM이다.
상술한 바와 같이, 미리 계산된 값들(PCV)은 원래의 BCT계수값들((F'i'j'(u',v'))과는 독립적으로 계산될 수 있다. 미리 계산된 값들(PCV)은 원래의 DCT계수값들((F'i'j'(u',v'))을 변환된 DCT계수값들((Fij(u,v))로 변환하기 전에 메모리(40)에 저장된다. 미리 계산된 값들(PCV)은 다음과 같이 메모리(40)로부터 복원된다. 식(8)에서 도시되고 다음에 상세하게 설명되는 것과 같이, 원래의 DCT계수값들((F'i'j'(u',v'))은 공간 주파수 영역에서의 변환된 미리 계산된 값((Fij(u,v))을 생성하기 위하여 대응하는 미리 계산된 값(PCV)에 의하여 곱해진다.
DCT 변환기(140)는 도 2 내지 도 4를 참조로 보다 상세하게 다음에 설명된다. 먼저 , 도 2(a)에 도시된 단계(200)에서, DCT 변환기(140)는 공간 주파수 영역에서의 원래의 DCT계수값들((F'i'j'(u',v'))을 변환하기 위해서 제어 신호(CS2)에 따라 설정된다. 제어 신호(CS2)는 변환될 영상의 해상도의 변화를 규정한다.
원래의 DCT계수값들((F'i'j'(u',v'))은 매크로블록에 포함된다. 도 3(a)은 변환될 영상의 한 부분을 구성하는 6 개의 매크로블록(MB0 내지 MB5)을 도시하는 데이터 구조 다이어그램이다. 도 3(b)에 도시된 바와 같이, 각 매크로블록(MB0 내지 MB5)은 6개의 블록 즉, 4개의 휘도 블록(b0 내지 b3)과 2 개의 크로미넌스 블록(b4 내지 b5)을 포함한다. 이 포맷은 MPEG-2 표준에서 4:2:0 으로 확인된다.
도 5(c)에 도시된 바와 같이, 블록들(b0 내지 b5)의 각 블록은 0에서 63의 어드레스 값(z1)에 할당된 64개의 DCT 계수들을 포함한다. 대안으로는 어드레스 값은 원래의 DCT계수값들((F'i'j'(u',v'))의 공간 좌표(u',v')로 지정될 수 있다. 각 변환된 DCT계수값((Fij(u,v)) 역시, 각각이 0에서 63의 어드레스 값(z)에 할당된 64개의 DCT 계수들을 포함한다. 원래의 DCT계수값들은 원래의 DCT계수값들의 어드레스 값(z1), 원래의 DCT계수값들을 포함하는 j'번째의 블록 및 j'번째의 블록을 포함하는 I'번째의 매크로블록을 지정함으로써 메모리(10)로부터 복원된다.
도 3(a)에서의 매크로블록들의 변환은 도 4에 도시되어 있고, 여기서 , 영상은 픽셀 영역에서의 픽셀로 표시되고, 프레임 포맷인 매크로블록들(MB0 내지 MB5)로 배열된다. 원래의 픽셀값들(f'i'j'(m,n))은 각 표시들(300)에 위치되고, 변환된 픽셀값들(fij(x,y))은 검은 원을 갖는 각 표시들(310)에 위치된다. 도 4에 있어서, 원래의 영상은 1920× 1080 픽셀들이고, 변환된 영상은 640× 540 픽셀들이다. 원래의 영상은 수평적으로 3 개마다 효과적으로 디시메이트되고, 수직으로는 2 개마다 효과적으로 디시메이트되어 640× 540 픽셀 해상도를 갖는 영상을 생성한다. 수평 및 수직 방향에서의 효과적인 디시메이션 인자들은 제어 신호(CS2)에 따라서 결정된다. 각 수평 및 수직 디시메이션 인자들(
Figure pat00051
)의 세트에 대한 메모리(40)에 저장된 미리 계산된 값들(PCV)의 대응 세트가 존재한다. 상기의 설명과 같이, 미리 계산된 값(PCV)은 식(9)을 사용하여 계산되고, 도 1에 도시된 메모리(40) 내의 각 메모리 위치에 저장된다.
그 다음, 도 2(a)에 도시된 단계(210)에서 , 미리 계산된 값들(PCV)은 메모리(40)로부터 복원되어 DCT 변환기(140)에 제공된다. 미리 계산된 값들(PCV)은 매크로블록, 블록 및 원래의 DCT 계수값들과 변환된 DCT 계수값들의 어드레스 값에 응답하여 메모리(40)로부터 선택된다. 미리 계산된 값들(PCV)은 어드레스 신호(SS1)에 의해 지정된 메모리(40) 내의 어드레스에 저장된다. 어드레스 신호(SS1)는 i'번째의 원래의 매크로블록의 j'번째 블록의 z1번째 DCT 계수값을 변환된 매크로블록의 j번째 블록의 z번째 DCT 계수값으로 변환하기 위한 미리 계산된 값(PCV)의 어드레스를 제공한다. z1은 원래의 DCT 계수값의 어드레스값이고, z는 변환된 DCT 계수값들의 어드레스값이다.
그 다음, 단계(220)에서 , 변환된 계수값들((Fij(u,v))이 식(8)에 따라서 원래의 DCT계수값들((F'i'j'(u',v'))과 미리 계산된 값(PCV)을 사용하여 생성된다. 다음의 표 0은 원래의 DCT계수값들((F'i'j'(u',v'))과 미리 계산된 값들(PCV)을 사용하여 변환된 계수값들((Fij(u,v))을 결정하기 위한 C 코드 예이다. 표 1에 있어서의 값들은 다음과 같이 규정된다.
표 0
j : 변환된 매크로블록의 j번째 블록을 지정
z : 변환된 매크로블록의 j번째 블록의 z번째 DCT 계수값을 지정
i1 : i'번째의 원래 매크로블록의 i'번째 매크로블록을 지정
j1 : j'번째의 원래 매크로블록의 j'번째 매크로블록을 지정
z1 : i'번째의 원래 매크로블록의 j'번째 블록의 z1번째 DCT 계수값을 지정
map[j][z][i1][j1][z1] : (1) 변환된 매크로블록의 j번째 블록의 z번째 DCT 계수값과, (2) i'번째의 원래의 매크로블록의 j'번째 블록의 z1번째 DCT 계수값 사이의 변환을 위한 미리 계산된 값(PCV)을 지정.
mb_old : 원래의 매크로블록(MB0 내지 MB5)을 지정
mb_new : 변환된 매크로블록을 지정
dclip() : [-2048, 2048]의 범위에서 DCT 계수의 클립핑을 지정
Figure pat00011
Figure pat00012
Figure pat00013
단계들(210 및 220)과 표 1의 코드는 도 2(b)의 흐름도를 참조하여 설명된다. 먼저 단계(410)에서, 어느 변환된 DCT계수값들((Fij(u,v))을 생성할 것인가를 결정한다. 6 개의 매크로블록들로부터 하나의 매크로블록으로의 변환을 위하여, 64개의 변환된 DCT계수값들이 생성된다. 변환된 DCT계수값들은 0의 어드레스값을 할당하는 변환된 DCT 계수값들에서 시작하여 63의 어드레스값을 할당하는 최종의 변환된 DCT 계수값들까지 연속적으로 생성된다. 그후, 단계(415)에서 Ftemp값이 0으로 설정된다.
그 다음, 단계(420)에서 원래의 DCT계수값((F'i'j'(u',v'))이 도 1에 도시된 메모리(10)로부터 복원된다. 도 1에 도시된 DCT 변환기(140)는 메모리(40)에 저장된 각각의 원래의 DCT계수값들((F'i'j'(u',v'))에 대한 어드레스를 유지한다. 상기 어드레스는 원래의 DCT계수값들((F'i'j'(u',v'))에 대해 어드레스값(z1), 블록 값(j1) 및 매크로블록값(i1)에 의해 지정된다. 어드레스값(z1)은 원래의 DCT계수값들((F'i'j'(u',v'))중 하나를 확인하고, 값(j1)은 원래의 DCT계수값들((F'i'j'(u',v'))이 검색되는 블록을 지정하며, 값(i1)으로부터 원래의 DCT계수값들((F'i'j'(u',v'))이 검색되는 매크로블록을 지정한다. 메모리(40)으로부터 원래의 DCT계수값들((F'i'j'(u',v'))을 검색하기 위한 어드레스는 DCT 변환기(140)에 의해 생성된다.
DCT 변환기(140)는 식(8)에서 지정된 원래의 DCT계수값들((F'i'j'(u',v'))에 따라서 복원되고, 단계(410)에서 결정된 다음의 변환된 DCT계수값들((Fij(u,v))을 계산하기 위해 사용되는 원래의 DCT계수값들( (F'i'j'(u',v') )을 결정한다.
예컨대, 표 1의 코드에서 도시된 바와 같이, 변환된 매크로블록을 위한 휘도 매크로블록(luminance macroblock)이 원래의 6 개의 각 매크로블록에서 DCT계수값들((F'i'j'(u',v'))의 각각으로부터 생성된다. 원래의 DCT계수값들((F'i'j'(u',v'))은 제 1의 원래의 매크로블록 내의 제 1 블록으로부터 연속적으로 복원된다. 즉, 단계(420)가 반복될 때마다, 다음의 연속적인 원래의 DCT계수값들((F'i'j'(u',v'))이 복원된다. 원래의 DCT계수값들((F'i'j'(u',v'))이 제 1 블록으로부터 전부 복원되면, 제 1 매크로블록에서의 다음 블록 내의 원래의 DCT계수값들((F'i'j'(u',v'))이 복원된다. 제 1 매크로블록 내의 모든 원래의 DCT계수값들((F'i'j'(u',v'))이 복원되면, 원래의 DCT계수값들((F'i'j'(u',v'))은 다음 매크로블록의 제 1 블록으로부터 복원된다. 이 처리는 각 매크로블록에서의 모든 원래의 DCT계수값들((F'i'j'(11',v'))이 복원될 때까지 반복된다.
다음에 , 단계(440)에서 DCT 변환기(140)는 미리 계산된 값(PCV)을 메모리(40)로부터 선택한다. 표 1의 코드에서 도시된 바와 같이, 값(z, j, z1, j1 및 i1)은 메모리(40)로부터 어떤 미리 계산된 값(PCV)이 복원되는 지는 결정한다. 상기의 설명과 같이, 변환된 매크로블록의 j번째의 블록의 z번째의 변환된 DCT 계수값과 i1번째 매크로블록의 j1번째 블록의 z1번째 원래의 DCT 계수 사이의 맵핑을 위하여 메모리에 저장된 미리 계산된 값(PCV)이 존재한다. 미리 계산된 값은 상기의 설명과 식(9)에 도시된 바와 같이 다음의 표 1 내지 표 6에 도시된 값(α )을 사용하여 계산된다.
표 2는 휘도 블록(b0)을 변환하기 위하여 사용된 값(α )을 포함하고, 표 3은 휘도 블록(b1)을 변환하기 위하여 사용된 값(α )을 포함하고, 표 4는 휘도 블록(b2)을 변환하기 위하여 사용된 값(α )을 포함하고, 표 5는 휘도 블록(b3)을 변환하기 위하여 사용된 값(α )을 포함하고, 표 6은 크로미넌스 블록(b4)을 변환하기 위하여 사용된 값(α )을 포함하고, 표 7은 크로미넌스 블록(b5)을 변환하기 위하여 사용된 값(α )을 포함한다. 미리 계산된 값(PCV)은 표 1 내지 표 6의 값(α )으로부터 생성된다.
Figure pat00014
Figure pat00015
Figure pat00016
Figure pat00017
Figure pat00018
Figure pat00019
Figure pat00020
Figure pat00021
Figure pat00022
Figure pat00023
Figure pat00024
Figure pat00025
표 2 내지 표 7에서의 값(α )으로부터 계산된 미리 계산된 값(PCV)은 DCT 계수값들의 프레임간의 DCT 변환을 위한 것이다. 도 11(a)과 도 11(b)은 4:2:0 블록 포맷에 대해 프레임 DCT 코딩에서의 휘도 매크로블록 구조와 필드 DCT 코딩에서의 휘도 매크로블록 구조를 각각 도시한다. 프레임 코딩된 매크로블록에 있어서, 각 블록들(b0 내지 b3)은 선택적인 두 개의 필드로 구성된다. 필드 코딩된 매크로블록에 있어서, 각 블록(b0 내지 b3)은 두 필드중 하나로부터의 라인으로 구성된다. 각 포맷에 대한 크로미넌스 매크로블록은 프레임 포맷으로 구성된다. 미리 계산된 값은 프레임 코딩된 매크로블록의 세트를 단일의 프레임 코딩된 매크로블록으로 변환하기 위한 것이다. 미리 계산된 값은 필드 코딩된 매크로블록의 세트를 단일의 필드 코딩된 매크로블록으로 변환하기 위해 제공될 수 있다. 계수의 저장에 사용되는 메모리의 크기를 줄이기 위하여 프레임간 또는 필드간의 한 형태의 변환을 위한 미리 계산된 값을 제공하는 것이 유리하다.
선택적으로 미리 계산된 값(PCV)은 DCT 변환기(140)에 의해 값(α )으로부터 계산될 수 있다. 다음의 표 8은 값(α )으로부터 미리 계산된 값을 계산하기 위한 유사 코드이다.
Figure pat00026
Figure pat00027
대안의 실시예에 있어서, 값(α )은 메모리(40)에 저장된다. 값(α )은 메모리(40)로부터 복원되고, 미리 계산된 값(PCV)은 표 8에서의 유사 코드를 사용하여 변환기(140)에 의해 계산된다.
그 다음, 단계(460)에서 임시값(Ftemp)은 이전의 임시값(Ftemp)을 미리 계산된 값(PCV)에 의해 곱해진 복원된 원래의 DCT 계수값들에 더하여 계산된다. 변환된 계수값들((Fij(u,v))은 많은 수의 원래의 DCT계수값들((F'i'j'(u',v'))로부터 생성될 수 있으므로, 단계(470)에서 선택된 변환된 계수값들((Fij(u,v))을 생성하기 위하여 더 이상의 원래의 DCT계수값들((F'i'j'(u',v'))이 필요한 지의 여부가 결정된다. 추가의 원래의 DCT계수값들((F'i'j'(u',v'))이 요구되면, 단계(420)이 반복된다. 그렇지 않을 경우, 단계(480)에서 변환된 계수값들((Fij(u,v))은 값(Ftemp)과 동일한 것으로 설정된다. 그후, 단계(490)에서 변환된 매크로블록의 추가의 변환된 계수값들((Fij(u,v))이 생성될 지의 여부가 결정된다. 추가의 변환된 계수값들((Fij(u,v))이 생성되려 한다면, 단계(410)가 반복된다.
결과적으로, 변환된 계수값들((Fij(u,v))은 공간 주파수 영역에서의 원래의 DCT계수값들((F'i'j'(u',v'))으로부터 신속하고 또한 DCT 계수값들을 픽셀값으로 변환시키지 않고 생성될 수 있다.
본 발명의 상기 실시예는 MPEG 코딩된 신호를 효과적으로 디시메이션 또는 보간하기 위하여 직접 DCT 맵핑의 사용을 논의하였지만, 계수값의 직접 맵핑도 공간 주파수 영역에서의 변환 계수에 의해 표시되는 신호를 직접 맵핑함으로써 픽셀 영역에서의 신호의 디시메이션 또는 보간을 필요로 하는 임의의 시스템에 적용될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따라 원래의 DCT계수값들((F'i'j'(u',v'))을 변환된 계수값들((Fij(u,v))으로 맵핑하는 DCT 변환기(140)를 포함하는 디코더의 전체 구성을 도시한다. 도 6에서 도시된 바와 같이, 입력 비트 스트림(IBS)은 가변 길이 디코더(VLD)(100)에 인가된다. 입력 비트 스트림은 예컨대 MP@HL엔코딩된 비트 스트림이다. VLD(100)는 양자화된 이산 코사인 변환(DCT) 계수값들(QDCT)을 생성하기 위하여 입력 비트 스트림(IBS)을 디코딩한다. 양자화된 DCT 계수값(QDCT)은 계수값의 순서를 다시 정하는 역 지그-재그 주사 메모리(110)에 제공된다.
매크로블록 내의 DCT 계수값은 상기 참조된 MPEG-2 규격에 의해 지정된 포맷에서 한 순간에 한 값으로 제공된다. 도 5(a) 및 도 5(b)는 MPEG-2 규격에서 사용된 두 개의 다른 지그-재그 주사 패턴 즉 패턴 0과 패턴 1을 도시한다. 역 지그-재그 주사 메모리(110)에 있어서, 주사 패턴의 형태가 검출되고, DCT 계수값들이 도 5(c)에 도시된 바와 같이 재배열된다.
그후, DCT 계수값들이 필터(120)에 제공된다. 필터(120)는 영상 해상도가 줄어들 때 영상의 고주파수 성분들을 제거하기 위하여 매크로블록을 대각선으로 절단하는 저역 통과 필터이다. 제어기(160)는 제어 신호(CS1)를 인에이블 또는 디스에이블 필터(120)에 제공한다. 필터(120)는 엘리어싱(aliasing)을 제거하기 위하여 사용된다. 상기 필터(120)는 높은 해상도의 영상이 낮은 해상도의 영상으로부터 생성될 때는 매크로블록을 필터링하지 않는다.
DCT 계수값들은 그후 역양자화기(130)에서 역양자화된다. 원래의 DCT계수값들((F'i'j'(u',v'))인 역양자화 계수값들은 메모리(10)에 저장된다. 메모리(10), DCT 변환기(140) 및 메모리(30 및 40)는 제 1 실시예에서 설명된 바와 같이 동작한다. 제어기(160)는 제어 신호(CS2)를 DCT 변환기(140)에 제공한다. 제어 신호(CS2)는 제 1실시예에서 설명된 제어 신호(CS2)와 동일하다.
도 7은 MPEG-2 비트 스트림다운 변환 회로(stream down conversion circuitry)에 관한 본 발명에 따른 다른 실시예를 도시한다. 이 실시예에 있어서, DCT 맵핑에 의한 영상의 해상도 변화에 덧붙여, 영상을 유도하기 위하여 새로운 헤더 정보와 움직임 벡터가 생성된다. 도 7에 도시된 실시예에 있어서, 원래의 움직임 벡터가 측정되어지고, 다른 해상도 영상의 새로운 매크로블록에 대한 움직임 벡터를 생성하기 위하여 원래의 영상의 매크로블록으로부터 적절한 움직임 벡터가 생성된다.
MPEG-2 메인 프로파일의 기본 구조는 압축된 MPEG-2 비트 스트림을 5 개 층 즉 구조 층, 그룹 화상 층, 화상 층, 조각 층, 및 매크로블록 층 내의 영상의 시퀀스로 한정한다. 이들 층의 각각은 제어 정보 즉, 시퀀스 층을 위한 시퀀스 헤더(SH), 그룹 화상 층을 위한 그룹 화상 헤더(GOPH), 화상 층을 위한 화상 헤더(PH), 조각 층을 위한 조각 헤더(SLH) 및 매크로블록 층을 위한 매크로블록 헤더(MBH)와 함께 소개된다. 최종적으로 부 정보(side information)(예, 프레임 형태, 매크로블록 패턴, 영상 움직임 벡터, 계수 지그-재그 패턴 및 역양자화 정보)로 알려진 다른 제어 정보는 코딩된 비트 스트림을 통해 생성된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 층과 제어 정보를 포함하는 입력 비트 스트림(IBS)은 가변 길이 디코더(VLD)(605)에 인가된다. 입력 비트 스트림은 예컨대 MP@HL 엔코딩된 비트 스트림이다. VLD(605)는 양자화 이산 코사인 변환(DCT) 계수값들의 블록을 생성하기 위하여 입력 비트 스트림(IBS)을 디코딩하다. 덧붙여, VLD(605)는 역 지그-재그 주사를 수행함으로써 양자화 계수값들의 순서를 다시 정한다. 양자화된 DCT 계수값들(QDCT)은 필터(120)에 제공된다. VLD(605)는 또한 시퀀스 헤드(SH)를 제1 변환기(610)에 제공하고, 그룹 화상 헤더(GOPH)를 결합기(670)에 제공하고, 화상 헤더(PH)를 제 2 변환기(620)에 제공하고, 조각 헤더(SLH)를 제 3의 변환기(630)에 제공하고, 매크로블록 헤더(MBH)를 제 4의 변환기(640)에 제공한다.
제 1, 제 2 및 제 3의 변환기(610, 620 및 630)는 시퀀스 헤드(SH), 그룹 화상 헤더(GOPH), 화상 헤더(PH), 조각 헤더(SLH)에 대해 각각 거의 고정된 적은 값의 변화를 생성하고, 해상도 변화에 응답한다. 다음의 표 9는 헤더 정보를 변환의 결과로 변화시키기 위한 유사 코드의 예를 제공한다.
Figure pat00028
Figure pat00029
Figure pat00030
Figure pat00031
시퀀스 헤더(SH), 그룹 화상 헤더(GOPH), 화상 헤더(PH) 및 조각 헤더(SLH)는 입력 비트 스트림(IBS)에 의해 표시되는 영상을 위해 지정된 크기 변환 계수(size conversion fzctor)에 따라 수정된다. 이들 헤더의 포맷은 상기 참조한 MPEG-2 표준의 6.2 절 및 6.3 절에서 설명되었다. 변환기(610 내지 640)는 입력 영상 해상도로부터 출력 영상 해상도로 변화를 지정하는 헤더 제어 신호(HCS)에 따라서 헤더(SH, GOPH, PH 및 SLH)를 수정한다.
원래의 영상의 매크로블록을 갖는 움직임 벡터는, 다른 해상도를 갖는 영상을 생성하기 위하여 많은 량의 처리가 수행되므로, 일반적으로 매크로블록의 디시메이션 또는 보간 이후에 변경을 필요로 한다. 매크로블록이 움직임 벡터를 갖는 지의 여부는 매크로블록이 인트라 코딩(intra coded)되었는지 또는 비인트라 코딩(non-intra coded)되었는 지의 여부에 따른다. 단일의 프레임에서의 정보만을 사용하여 코딩되었다면, 매크로블록은 인트라 코딩된(I-코딩된) 것이다. 과거의 참조 필드 또는 프레임으로부터 움직임 보상된 예측(motion compesated prediction)을 사용하여 코딩(P-코딩)되었거나, 또는 과거 및/또는 미래의 참조 필드 또는 프레임으로부터 움직임 보상된 예측을 사용하여 코딩(B-코딩)되었다면, 매크로블록은 비-인트라 코딩된 것이다.
도 1을 참조한 상기의 설명과 같이, 원래의 DCT계수값들((F'i'j'(u',v'))은 역양자화기(130)에 의해 역양자화되고, DCT 변환기(140)에 의해 변환된 계수값들((Fij(u,v))로 맵핑된다. DCT 변환기(600)는 원래의 DCT계수값들을 변환된 계수값들로 변환시키기 위하여 DCT 변환기(140)와 동일한 동작을 한다. 또한 DCT 변환기(600)는 다음에 설명하는 부가적인 동작을 수행한다. 더욱이 DCT 변환기(600)는 미리 계산된 값(PCV), 원래의 DCT계수 및 변환된 계수를 저장하기 위한 메모리를 포함한다.
원래의 DCT계수값들((F'i'j'(u',v'))은 변환된 매크로블록(CMB)을 생성하기 위하여 DCT 변환기(600)에 제공된다. 본 발명의 실시예에 있어서, 1920× 1024의 해상도를 갖는 코딩된 입력 영상의 두 개의 수직 매크로블록들과 세 개의 수평 매크로블록들에 의해 규정된 영역이, 코딩된 출력 영상의 단일의 640× 540 해상도를 생성하기 위하여, 사용된다. 화상의 전체 폭에 대응하는 입력 영상 부분이 저장된다. 영상의 이 부분은 하나 이상의 조각을 포함한다. 하나의 조각은 영상의 16 개의 연속적인 수평 라인들의 그룹을 나타내는 일련의 연속적인 매크로블록들이다. 예컨대 MP@HL 엔코딩된 신호에 대해서, 한 열에서 240 개의 연속적인 매크로블록이 영상의 전체 열에 대응한다.
예컨대, 도 3(a)으로부터의 매크로블록들(MB0-MB2 및 MB3- MB5)은 조각들(A,B)에 각각 포함된 도 10에 도시되었다. 변환된 매크로블록이 생성됨에 따라, 조각(A) 내의 매크로블록들(MB0-MB2)은 DCT 변환기(600)의 메모리(도시 안됨)에 저장된다. 조각(B) 내의 매크로블록(MB3-MB5)은 메모리에 제공되어 저장되고, 도 3(c)에 도시된 변환된 매크로블록(CMB)을 생성하기 위하여 메모리로부터 복원되는 매크로블록(MB0-MB2)과 결합하여 사용된다.
변환된 매크로블록(CMB)에서의 변환된 DCT 계수값들((Fij(u,v))의 생성과 함께, DCT 변환기(600)는 또한 매크로블록의 움직임 파라미터에 따라 매크로블록을 처리한다. 변환된 매크로블록에 대한 움직임 파라미터를 생성하기 위하여 매크로블록을 처리하는 회로의 동작은 도 8을 참조하여 보다 상세히 설명된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 단계(700)에서 DCT 변환기(600)는 매크로블록이 비-인트라 혹은 인트라 코딩된 매크로블록인 지를 결정한다. 도 4의 예에서 도시된 바와 같이, 6 개의 매크로블록(MB0-MB5)은 하나의 매크로블록(CMB)으로 변환된다. 즉, 6 개의 매크로블록(MB0-MB5)을 포함하는 화상의 해상도는 플레임 당 1920× 1024 픽셀들로부터 프레임당 640× 540 픽셀들로 변환된다. 더욱이 6 개의 매크로블록들(MB0-MB5) 각각은 비-인트라 코딩 또는 인트라 코딩될 수 있다. 그러므로, 변화된 매크로블록이 원래의 6 개의 매크로블록들(MB0-MB5)에 기초하여 비-인트라 코딩 또는 인트라 코딩되었는지의 결정이 필요하다. DCT 변환기(600)는 변환된 매크로블록이 비-인트라 코딩 또는 인트라 코딩되었는 지를 결정하기 위한 원래의 매크로블록들(MB0-MB5)을 사용하여 복수의 규칙을 채용한다.
도 3(a)을 참조하여, 예컨대, 4 개의 원래의 매크로블록들(MB0, MB1, MB2, MB4)이 비-인트라 코딩되고, 두 개의 원래의 매크로블록들(MB3, MB5)이 인트라 코딩되었다면, 변환된 매크로블록은 비-인트라 코딩된다. 대안으로는, 4 개의 원래의 매크로블록들(MB0, MB1, MB2, MB4)이 인트라 코딩되고, 두 개의 원래의 매크로블록(MB3, MB5)이 비-인트라 코딩되었다면, 변환된 매크로블록은 인트라 코딩된다. 3 개의 원래의 매크로블록들(MB0, MB1, MB4)이 비-인트라 코딩되었고, 3 개의 원래의 매크로블록들(MB2, MB3, MB5)이 인트라 코딩되었다면, 본 발명자는 변환된 매크로블록의 코딩 형태는 비-인트라 코딩된 것으로 결정하였다.
도 8로 돌아가서, 변환된 매크로블록(CMB)이 단계(700)에서 인트라 코딩된 것으로 결정되면, 원래의 매크로블록들(MB0-MB5)중 어느 것이 인트라 코딩되고, 어느 것이 비-인트라 코딩되는 지가 결정된다 비-인트라 코딩된 원래의 매크로블록의 각각 예컨대 매크로블록(MB3 및 MB5)에 있어서 원래의 DCT 계수값들은 평균 DCT 계수값들을 생성하기 위하여 평균값이 취해진다. 그후, 단계(720)에서 비-인트라 코딩된 매크로블록에 있어서 원래의 DCT계수값들((F'i'j'(u',v'))의 각각은 평균 DCT 계수값들으로 바뀐다. 예컨대, 매크로블록(MB3)에서의 원래의 DCT계수값들((F'i'j'(u',v'))의 DCT 평균값이 생성되고, 매크로블록(MB3)에서의 원래의 DCT계수값들((F'i'j'(u',v'))의 각각은 평균 DCT 값으로 바뀐다. 단계(720 또는 710) 이후, 단계(730)가 실행된다.
단계(730)에서, 매크로블록들(MB0-MB5)이 필드 포맷인지 또는 프레임 포맷인지가 결정된다. 단계(740)에서 매크로블록들(MB0-MB5)의 포맷이 필드 포맷으로 결정되면, 매크로블록들(MB0-MB5)의 포맷은 프레임 포맷으로 변환된다. 매크로블록의 포맷은 각 매크로블록이 동일한 포맷으로 처리되도록 변환된다. 이것은 시스템의 동작을 단순화시킨다. 선택적인 실시예에 있어서, 프레임 포맷의 매크로블록들(MB0-MB5)은 필드 포맷으로 변환될 수 있고, 매크로블록들(MB0-MB5)은 프레임 포맷이 아닌 필드 포맷으로 다음의 설명과 같이 처리될 수 있다.
적절한 단계들(710,720,730,740)이 변환된 매크로블록(CMB)을 생성하기 위하여 사용된 원래의 매크로블록들(MB0-MB5)의 각각 위하여 수행된다. 예컨대 원래의 매크로블록(MB0)은 필드 포맷이고, 인트라 코딩된 것이다. 따라서 매크로블록(MB0)은 단계(710)와 단계(730)에서 수행된다. 다음의 매크로블록(MB1)이 필드 포맷이고 비-인트라 코딩되었다면, 매크로블록(MB1)은 단계(710),단계(720), 단계(730) 및 단계(740)를 통하여 처리된다. 원래의 매크로블록들(MB2-MB5)의 각각은 원래의 매크로블록들(MB0-MB5) 각각의 포맷과 코딩에 따라서 적절하게 처리된다.
그 다음, 단계(750)에서 원래의 매크로블록들(MB0-MB5)에서의 DCT 계수는 변환된 DCT 계수값들((Fij(u,v))로 맵핑된다. 단계(750)에서 수행된 맵핑은 도 2(a) 와 도 2(b)를 참조하여 설명된 처리와 동일하다. 단계(760)에서 양자화 스케일 인수(Q_scale)는 영상의 해상도에서의 변화에 기초한 변환된 매크로블록에 대하여 얻어진다.
도 7로 돌아가서, DCT 변환기(600)에 의해 제공된 변환된 DCT 계수들((Fij(u,v))은 DCT 변환기(600)에 의해 생성된 양자화 스케일 인수(Q_scale)를 사용하여 양자화기(650)에 의하여 양자화된다. 도 8에 도시된 단계(760)에서 결정된 양자화 스케일 인수(Q_scale)와, 도 8에 도시된 단계(700)에서 결정된 변환된 매크로블록(CMB)의 코딩 형태는 제 4의 변환기(640)에 제공된다. 매크로블록 헤더(MB)는 그후 변환된 매크로블록의 코딩 형태와 양자화 스케일 인수(Q_scale)를 사용하여 제 4의 변환기(640)에 의하여 수정된다. 최종적으로 양자화되고 변환된 DCT 계수는 가변 길이로 코딩된다.
대안으로는, 도 8에 도시된 단계(700)에서 변환된 매크로블록이 비-인트라 코딩된 것으로 결정되면, 원래의 매크로블록들(MB0-MB5)은 도 9(a) 및 도 9(b)에 도시된 단계들(700,800,810,820)에서 처리된다. 도 9(a)에 도시된 바와 같이, 단계(700)에 대해서, 변환된 매크로블록이 인트라 코팅된 것인지를 결정하기 위하여 모든 매크로블록(900)이 고려된다. 도 8에 도시된 단계(800)에서 변환된 매크로블록의 비-인트라 코딩 형태가 결정된다. 단계(800)에서 P형의 MB는 복수의 예측 형태가 B형이기 때문에 추출된다. 도 9(a)에 도시된 바와 같이, 비-인트라 코딩된 매크로블록(910)만이 코딩 형태를 결정하기 위하여 사용된다. 단계(700)를 참조한 상기의 설명과 같이, 코딩 형태를 결정하기 위하여 복수의 규칙이 사용된다. 도 9(a)에 있어서, 복수의 코딩 형태는 B형이므로, 변환된 매크로블록(CMB)은 B형으로 코딩된다. 그후 도 8과 도 9(a)에 도시된 단계(810)에서 B형의 매크로블록(920)만이 움직임 결정 형태 즉, 필드 예측 또는 프레임 예측을 결정하기 위하여 사용된다. 단계(810)에서 B형의 블록들 중 하나가 추출된다, 그 이유는 다른 것들은 필드에 기초한 예측을 사용하는 반면 프레임에 기초한 예측을 사용하기 때문이다.
필드 예측에 있어서, 예측은 이전에 디코딩된 하나 이상의 필드를 사용하여 각 필드에 대해 독립적으로 이루어진다. 프레임 예측은 이전에 디코딩된 하나 이상의 프레임으로부터의 프레임에 대한 예측을 형성한다. 따라서 필드 또는 프레임 예측은 단계(800)에서 선택된 원래의 매크로블록의 필드와 프레임 포맷에 기초한 변환된 매크로블록(CBM)을 위하여 선택된다. 복수의 규칙은 필드 또는 프레임 예측을 선택하기 위하여 사용된다. 도 9(a)에 도시된 바와 같이, 원래의 매크로블록(MB0,MB2 및 MB4)이 다수이고 필드 예측을 사용하여 코딩되었으므로, 단계(810)에서 필드 예측이 선택된다. 최종적으로 단계(820)에서 변환된 매크로블록을 위한 움직임 벡터가 나머지 매크로블록(930)을 사용하여 선택된다. 도 8에 도시된 단계(800, 810)에서와 같이, 복수의 규칙이 움직임 벡터를 선택하기 위하여 사용된다.
예측 형태가 결정될 수 있는 다수가 없을 때, 예측 형태는 다음의 선호도의 순서에 따라 선택된다, 즉, 양방향 예측, 전방향 예측, 및 후방향 예측. 예컨대 예측 형태를 결정하기 위하여 두 개의 매크로블록만이 남고, 그중 하나는 양방향 코딩된 것이고 다른 하나는 전방향 코딩된 것이라면, 선택된 예측 형태는 변환된 매크로블록에 대해 양방향인 것이 된다.
움직임 벡터가 결정될 수 있는 다수가 없을 때, 선택된 움직임 벡터는 변환된 매크로블록에 대해 프레임 현이 된다. 움직임 벡터가 결정될 수 있는 다수가 없을 때, 도 8에 도시된 단계(820)에서 처리되는 제 1이 매크로블록의 제 1 움직임 벡터는 변환된 매크로블록(CMB)에 대해 선택된 움직임 벡터가 된다.
도 9(b)는 다른 입력 매크로블록(MB0-MB5)에 따른 도 8에 도시된 단계들(700, 800,810,820)의 동작을 도시하는 다른 데이터 구조 다이어그램이다. 도 9(b)에 있어서, 매크로블록의 대다수는 비-인트라 코딩된다. 비-인트라 코딩된 매크로블록(MB0-MB4)은 예측 형태인 P-코딩된 것을 결정하기 위하여 도 8에 도시된 단계(800)에서 사용된다. 그후 도 8과 도 9(b)에 도시된 단계(810)에서 P-코딩된 매크로블록(MB1,MB2 및 MB3)만이 움직임 결정 형태인 프레임 예측을 결정하기 위하여 사용된다. 최종적으로 단계(820)에서 변환된 매크로블록을 위한 움직임 벡터는 프레임 예측 P-형 매크로블록(MB1 및 MB3)을 사용하여 선택된다.
다음엔, 도 8에 도시된 단계(830)에서 원래의 각 매크로블록(MB0-MB5)을 위하여, 원래의 각 매크로블록(MB0-MB5)이 동일한 예측 형태, 움직임 형태 및 변환된 매크로블록(CMB)을 위해 선택된 움직임 벡터를 갖는지의 여부를 결정한다. 동일한 예측 형태, 움직임 형태 및 움직임 벡터를 갖지 않는 원래의 각 매크로블록(MB0-MB5)은 단계(860)에서 0으로 설정된 나머지 원래의 계수값들을 갖는다. 그렇지 않으면, 단계(840)에서 원래의 매크로블록이 프레임 또는 필드 포맷인지를 결정한다. 그후, 단계(750)에서는, 단계(850)에서 매크로블록이 프레임 포맷으로 변환되었거나, 매크로블록이 이미 프레임 포맷이었다면, 다음과 같이 단계(750)에서 DCT 맵핑이 수행된다.
영상의 해상도가 증가할 때, 매크로블록의 수는 증가한다. 이 경우에 있어서, 변환된 매크로블록을 위한 인트라/비-인트라 코딩, 움직임 벡터, 예측 형태 및 움직임 벡터를 선택하기 위하여 동일한 방법이 사용된다. 변환된 매크로블록을 위한 DCT 계수 역시, DCT 계수의 수를 증가시키기 위한 원래의 매크로블록의 DCT 계수를 직접 맵핑함으로써 생성된다.
다음엔, 단계(760)에서, 양자화 스케일(Q_scale)인수가, 변환된 매크로블록(CMB)을 생성하기 위해 사용된 원래의 매크로블록(MB0-MB5)의 양자화 스케일 인수를 평균시킴으로써 생성된다. 도 7에 도시된 양자화기(650)는 양자화된 DCT 계수값들(QDCT')를 생성하기 위하여 , 양자화 스케일 인수(Q_scale)를 변환된 DCT 계수에 제공한다.
다음엔, 도 7에 도시된 제 4의 변환기(640)가 변환된 양자화 계수값들(QDCT')를 위한 변환된 매크로블록 헤더를 생성한다. 도 8에 각각 도시된, 단계(700)로부터의 인트라/비-인트라 매크로블록 형태 결정, 단계(800)로부터의 예측 형태 결정, 단계(810)로부터의 움직임 형태 결정 및 단계(820)로부터의 움직임 벡터는 DCT 변환기(600)로부터의 제 4의 변환기(640)에 제공된다. Q_scale 인수는 양자화기(650)로부터 제공된다. 표 9를 참조한 상기의 설명과 같이, 제 4의 변환기(640)는 변환된 매크로블록 헤더를 생성하기 위하여, 도 8에 각각 도시된, 단계(700)로부터의 인트라/비-인트라 매크로블록 형태 결정, 단계(800)로부터의 예측 형태 결정, 단계(810)로부터의 움직임 형태 결정, 단계(820)로부터의 움직임 벡터와, 해상도에서의 변화 및 양자화 스케일 인수(Q_scale)를 사용한다.
도 7에 도시된 바와 같이 , 시퀀스 헤더(SH), 그룹 화상 헤더(GOPH), 화상 헤더(PH), 조각 헤더(SLH), 및 매크로블록 헤더(MBH)는 출력 비트 스트림(OBS)을 생성하기 위하여, 결합기(670)에서 VLC(660)로부터의 가변길이 엔코딩된 신호와 결합된다.
특정 실시예를 참조로 도시되고 설명되었지만, 본 발명은 여기에 도시된 상세한 사항에 국한되는 것은 아니다. 다양한 개선이 본 발명의 사상으로부터 벗어남이 없이 청구 범위와 동등한 범위 및 범주 내에서 이루어질 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 DCT 변환 장치의 블록 다이어그램.
도 2(a) 및 도 2(b)는 본 발명의 실시예에 따른 도 1에 도시된 DCT 변환기(140)의 동작을 도시하는 흐름도.
도 3(a)는 6 개의 매크로블록을 도시하는 데이터 구조 다이어그램.
도 3(b)는 도 3(a)에서 도시된 매크로블록 중 하나의 내용을 도시하는 데이터 구조 다이어그램.
도 3(c)는 도 3(a)에 도시된 6 개의 매크로블록으로부터 생성된 변환된 매크로블록 CMB를 도시하는 데이터 구조 다이어그램.
도 4는 픽셀 영역에서 한 매크로블록에 대한 6개의 매크로블록의 맵핑을 도시하는 데이터 구조 다이어그램.
도 5(a) 및 도 5(b)는 MPEG 주사 패턴 0과 MPEG 주사 패턴 1의 포맷을 도시하는 표.
도 5(c)는 도 6에 도시된 역 지그-재그 주사 메모리(120)에 의한 역 지그-재그 주사 이후의 DCT 계수의 포맷을 도시하는 표.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 디코더 장치의 블록도.
도 7은 MPEG-2 비트 스트림 다운 변환 회로에 대해 지배하는 본 발명의 다른 실시예에 따른 블록도.
도 8은 도 7에 도시된 MPEG-2 비트 스트림 다운 변환 회로의 동작을 도시하는 흐름도.
도 9(a) 및 도 9(b)는 도 7에 도시된 단계(700, 800, 810, 및 820)의 동작을 도시하는 데이터 구조 다이어그램.
도 10은 매크로블록 조각의 구성을 도시하는 데이터 구조 다이어그램.
도 11(a) 및 도 11(b)는 4:2:0 블록 포맷에 대한 프레임 DCT 코딩에서 휘도 매크로블록 구조와 필드 DCT 코딩에서 휘도 매크로블록 구조를 도시하는 데이터 구조 다이어그램.
* 도면에 사용된 주요 부호의 설명 *
10,30,40 : 메모리 100 : 가변 길이 디코더(VLD)
110 : 역 지그-재그 주사 메모리 120 : 필터
130 : 역 양자화기 140 : DCT 변환기
160 : 제어기

Claims (15)

  1. 제 1 복수의 공간 주파수 계수(spatial frequency coefficient : SFC) 값들로 표시되고 제 1 해상도를 갖는 제 1 영상을, 제 2 복수의 SFC 값들로 표시되고 제 2 해상도를 갖는 변환된 영상으로 변환시키는 장치에 있어서,
    상기 제 1 해상도로부터 상기 제 2 해상도로의 영상의 해상도 변화를 결정하는 복수의 미리 계산된 값들을 저장하기 위한 메모리와,
    상기 제 1 해상도의 상기 영상을 표시하는 상기 제 1 복수의 SFC 값들을 수신하기 위한 수단과,
    상기 제 1 복수의 SFC 값들을 공간 주파수 영역에서 상기 제 2 복수의 SFC 값들에 맵핑함으로써 상기 영상의 해상도를 직접 변환하기 위한 변환기(converter)로서,
    (a) 처리된 값들을 생성하기 위해 상기 미리 계산된 값들과 상기 제 1 복수의 SFC 값들을 결합하는 수단과,
    (b) 상기 제 2 해상도의 상기 영상을 표시하는 상기 제 2 복수의 SFC 값들을 생성하기 위해 상기 처리된 값들 중 다수를 결합하는 수단을 포함하는, 상기 변환기를 포함하는, 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 변환기는,
    상기 복수의 미리 계산된 값들 중 하나와 상기 제 1 복수의 SFC 값들 중 하나를 곱하는 수단과,
    상기 복수의 미리 계산된 값들 중 다른 하나와 상기 제 1 복수의 SFC 값들 중 하나를 곱하는 수단과,
    상기 제 2 복수의 SFC 값들 중 하나를 생성하기 위해 상기 곱해진 값들을 서로 더하는 수단을 더 포함하는, 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 변환기는,
    제 1 중간값을 생성하기 위하여, 상기 복수의 미리 계산된 값들 중 제 1 의 값과 상기 제 1 복수의 SFC 값들 중 제 1 의 값을 곱하는 수단과,
    제 2 중간값을 생성하기 위하여, 상기 복수의 미리 계산된 값들 중 제 2 의 값과 상기 제 1 복수의 SFC 값들 중 제 2 의 값을 곱하는 수단과,
    상기 제 2 복수의 SFC 값들 중 하나를 생성하기 위해, 상기 제 1 중간값과 상기 제 2 중간값을 결합하는 수단을 포함하는, 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 변환기는 상기 메모리로부터 상기 미리 계산된 값들을 복원하는, 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 복수의 SFC 값들과 상기 제 2 복수의 SFC 값들은 이산 코사인 변환(DCT) 계수들인, 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 복수의 SFC 값들은 매크로블록들 내의 블록들에 배열되고,
    상기 제 2 복수의 SFC 값들은 변환된 매크로블록들 내의 변환된 블록에 배열되고,
    상기 복수의 미리 계산된 값들 중의 하나는, i1번째의 매크로블록의 j1번째 블록의 z1번째 DCT 계수값을, i번째 변환된 매크로블록의 j번째 변환된 블록의 z번째 SFC값에 맵핑하기 위하여 사용되는(z1, j1, i1, z, j 및 i가 각각 정수임), 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 해상도의 영상은 상기 제 1 복수의 SFC 값들을 포함하는 MPEG 메인 프로파일의 하이레벨 신호에 의해 표시되고,
    상기 제 2 해상도의 영상은 상기 제 2 복수의 SFC 값들을 포함하는 MPEG 메인 프로파일의 메인 레벨 신호에 의해 표시되고,
    상기 변환기는 또한 상기 MPEG 메인 프로파일의 하이레벨 신호를 상기 MPEG 메인 프로파일의 메인 레벨 신호로 변환하는, 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 해상도의 영상은 상기 제 1 복수의 SFC 값들을 포함하는 MPEG 메인 프로파일의 메인 레벨 신호에 의해 표시되고,
    상기 제 2 해상도의 영상은 상기 제 2 복수의 SFC 값들을 포함하는 MPEG 메인 프로파일의 하이레벨 신호에 의해 표시되고,
    상기 변환기는 또한 상기 MPEG 메인 프로파일의 하이 레벨 신호를 상기 MPEG 메인 프로파일의 메인 레벨 신호로 변환하는, 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 복수의 SFC 값들은 상기 영상에서의 높은 공간 주파수 성분들에 대응하는 고주파수 SFC 값들을 포함하고,
    상기 장치는 상기 고주파수 SFC 값들을 제거함으로써 상기 영상의 높은 공간 주파수 성분들을 제거하기 위한 필터 수단을 더 포함하는, 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 미리 계산된 값들은, 픽셀 영역내의 대응하는 상기 픽셀들의 보간과 등가인 상기 제 1 복수의 SFC 값들을 변환하기 위한 상기 공간 주파수 영역에서의 변환 계수들의 결합을 나타내는, 장치.
  11. 제 1 복수의 이산 코사인 변환(DCT) 값들로 표시되고 제 1 해상도를 갖는 MPEG 엔코딩된 영상을 디코딩하고, 또한 제 2 복수의 DCT 값들로 표시되고 제 2 해상도를 갖는 엔코딩된 영상을 생성하는, 디코더에 있어서,
    상기 영상의 제 1 해상도를 규정하는 상기 제 1 복수의 DCT 값들을 포함하는 입력 신호를 수신하고 디코딩하기 위한 가변 길이 디코딩 수단과,
    상기 제 1 복수의 DCT 값들을 역양자화하기 위한 역양자화 수단과,
    상기 제 1 해상도로부터 제 2 해상도로 상기 엔코딩된 영상의 해상도 변환을 결정하는 복수의 미리 계산된 값들을 저장하기 위한 메모리와,
    상기 제 1 복수의 DCT 값들을 상기 제 2 복수의 DCT 값들에 맵핑함으로써 상기 엔코딩된 영상의 상기 해상도를 직접 변환시키기 위한 변환기로서,
    (a) 처리된 값들을 생성하기 위해 상기 미리 계산된 값들과 상기 제 1 복수의 DCT 값들을 결합하는 수단과,
    (b) 상기 제 2 해상도의 영상을 표시하는 상기 제 2 복수의 DCT 값들 중 적어도 하나를 생성하기 위해 상기 처리된 값들을 결합하는 수단을 포함하는, 상기 변환기를 포함하는, 디코더.
  12. 제 1 복수의 공간 주파수 계수(SFC) 값들로 표시되고 제 1 해상도를 갖는 영상을, 제 2 복수의 SFC 값들로 표시되고 제 2 해상도를 갖는 변환된 영상으로 변환시키는 방법에 있어서,
    (a) 상기 제 1 해상도의 상기 영상을 표시하는 상기 제 1 복수의 SFC 값들을 수신하는 단계와,
    (b) 상기 제 1 해상도로부터 상기 제 2 해상도로 상기 영상의 해상도 변화를 결정하는 복수의 미리 계산된 값들을 저장하는 단계와,
    (c) 상기 제 1 복수의 SFC 값들을 공간 주파수 영역에서 상기 제 2 복수의 SFC 값들에 맵핑함으로써 상기 영상의 해상도를 직접 변환시키는 단계로서,
    처리된 값들을 생성하기 위하여 상기 미리 계산된 값들을 상기 제 1 복수의 SFC 값들에 적용하는 단계와,
    상기 제 2 해상도의 영상을 표시하는 상기 제 2 복수의 SFC 값들 중 적어도 하나를 생성하기 위해 상기 처리된 값들 중 다수를 결합하는 단계를 포함하는, 상기 해상도 직접 변환 단계를 포함하는, 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 단계 (c)는,
    제 1 중간값을 생성하기 위해 상기 복수의 미리 계산된 값들 중 제 1 의 값과 상기 제 1 복수의 SFC 값들 중 제 1 의 값을 곱하는 단계와,
    제 2 중간값을 생성하기 위해 상기 복수의 미리 계산된 값들 중 제 2 의 값과 상기 제 1 복수의 SFC 값들 중 제 2 의 값을 곱하는 단계와,
    상기 제 2 복수의 SFC 값들 중 하나를 생성하기 위해 상기 제 1 중간값과 상기 제 2 중간값을 결합하는 단계를 포함하는, 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 복수의 SFC 값들과 상기 제 2 복수의 SFC 값들은 이산 코사인 변환 계수들인, 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 미리 계산된 값들은, 픽셀 영역 내의 대응하는 픽셀들의 보간과 등가인 상기 제 1 복수의 SFC 값들을 변환하기 위한 상기 공간 주파수 영역에서의 변환 계수들의 결합을 나타내는, 방법.
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