KR100535338B1 - 고속 검색이 가능한 디지털 감시 장치 및 방법 - Google Patents

고속 검색이 가능한 디지털 감시 장치 및 방법 Download PDF

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KR100535338B1 KR10-2003-0014392A KR20030014392A KR100535338B1 KR 100535338 B1 KR100535338 B1 KR 100535338B1 KR 20030014392 A KR20030014392 A KR 20030014392A KR 100535338 B1 KR100535338 B1 KR 100535338B1
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Abstract

본 발명은 디지털 감시 시스템에 있어서 카메라에 의해 촬영된 전체영역에 대한 동영상을 압축하면서도 특정영역에 대한 고속 검색이 가능한 디지털 감시 장치 및 방법을 제공하기 위한 것으로서, 본 발명의 고속 검색 기능을 갖는 디지털 감시 장치는 카메라로부터 입력되는 영상신호를 압축 부호화하는 동영상 압축 부호화부와, 상기 동영상을 압축 부호화하는 과정에서 생성된 움직임 벡터를 이용하여 움직임 정보 비트를 생성하는 움직임 정보 생성부와, 상기 동영상 압축 부호화부에서 출력되는 동영상 압축 데이터 및 헤더 데이터를 비트 스트림으로 구성함과 동시에 상기 비트 스트림에 상기 움직임 정보 생성부에서 생성된 움직임 정보 비트를 삽입하는 움직임 정보 삽입부와, 상기 비트 스트림에 삽입된 동영상 압축 데이터 전체를 재생하거나 상기 움직임 정보 비트를 이용하여 특정영역에 대한 동영상 압축 데이터만을 선택적으로 재생하는 동영상 재생부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

고속 검색이 가능한 디지털 감시 장치 및 방법{The digital watch system which the high-speed search is possible}
본 발명은 동영상 감시 장치에 관한 것으로서, 특히 카메라에 촬영된 동영상 전체를 압축하더라도 특정 영역에 대한 고속 검색이 가능한 디지털 감시 장치 및 방법에 관한 것이다.
근래에 들어 CCD(Charge Coupled Device)카메라를 이용하여 특정 지역이나 대상을 감시하는 보안 및 감시 시스템에서 동영상 압축 부호화 장치는 매우 중요한 역할을 하고 있으며, 특히 화면내의 특정 영역에 움직임이 발생하였을 경우, 데이터를 저장하거나 경고 메시지를 알려주는 감시 시스템에 적용되어 큰 주목을 끌고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 감시 시스템의 구성도로서, 크게 카메라(11)와, 상기 카메라(11)에 의해 촬영된 영상신호를 압축, 부호화하는 동영상 압축 부호화부(13)와, 상기 동영상 압축 부호화부(13)에서 출력되는 움직임 벡터(Motion Vector)를 이용하여 움직임을 검출한 후 선택적으로 압축 및 경보신호를 출력하는 움직임 정보 검출부(15)와, 상기 동영상 압축 부호화부(13)에서 무손실 압축된 영상데이터와 프레임의 헤더 데이터를 미리 설정된 형식으로 정렬하여 비트열을 구성하는 비트열 정렬기(17)와, 움직임 변화가 감지된 압축 부호화된 영상신호를 기록하는 기록수단(19) 및 움직임 변화가 감지되면 경고음을 발생하는 경보기(21)로 구성된다.
이와 같은 감시 시스템에 있어서, 상기 동영상 압축 부호화부(13)는 전체 동작을 제어하는 제어기(13a)와, 입력되는 영상신호를 메크로 블록(Macro block) 단위로 움직임 추정(Motion Estimation)을 수행하여 움직임 벡터를 생성하고, 생성된 움직임 벡터를 이용하여 움직임 보상(Motion Compensation)을 수행하는 움직임 추정 및 보상부(13b)와, 프레임 단위로 입력되는 현재 프레임의 원영상과 이전 프레임의 복원영상에 대한 움직임 보상영역을 감산하여 차(差)영상을 생성하는 감산기(13c)와, 상기 감산기(13c)에서 출력되는 차영상을 공간영역에서 주파수 영역으로 변환하기 위해 이산코사인변환(Discrete Cosine Transform)하여 이산코사인변환계수를 출력하는 DCT부(13d)와, 상기 DCT부(13d)에서 출력되는 차영상에 대한 이산코사인변환계수를 소정의 양자화 간격으로 양자화시키는 양자화부(13e)와, 상기 양자화부(13e)에서 양자화된 차영상을 상기 양자화부(13e)에 입력되기 이전의 상태로 복원하기 위한 역양자화부(13f)와, 상기 역양자화부(13f)에서 역양자화된 차영상을 상기 DCT부(13d)로 입력되기 이전의 상태로 복원하기 위한 IDCT(Inverse Discrete Cosine Transform)부(13g)와, 상기 IDCT부(13g)에서 복원된 차영상과 상기 움직임 추정 및 보상부(13b)에 의해 움직임 보상된 영상을 가산하여 이전 프레임의 복원영상으로 출력하는 가산기(13h)와, 상기 움직임 추정 및 보상부(13b)에서 출력되는 움직임 벡터와 상기 제어기(13a)에서 출력되는 제어 데이터를 이용하여 상기 양자화부(13e)에서 출력되는 양자화된 영상신호를 무손실 압축하는 엔트로피 부호화기(13i)를 포함하여 구성된다.
여기서, 움직임 추정 및 보상부(13b)는 이전 프레임의 복원영상과 현재 프레임의 원영상간의 유사 부분을 추정하여 그 위치이동의 결과를 움직임 벡터로 출력하고, 이전 프레임의 복원영상의 움직임 위치를 움직임 벡터에 의하여 보상한 움직임보상 영상을 상기 가산기로 출력한다.
상기 움직임 정보 검출부(15)는 상기 움직임 추정 및 보상부(13b)에서 출력되는 움직임 벡터가 감시하고자 하는 영역의 움직임 벡터일 경우 기설정한 임계값과 비교한다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 움직임 정보 검출부(15)는 움직임 추정 및 보상부(13b)에서 출력되는 움직임 벡터가 감시하고자 하는 영역의 움직임 벡터인지를 확인하여 상기 감시하고자 하는 영역의 움직임 벡터라고 판단되면 상기 움직임 벡터를 비교기(15a)를 통해서 기설정된 임계값과 비교한다. 이때, 상기 움직임 벡터가 상기 임계값보다 크면 움직임이 발생한 것으로 판단하여 동영상 압축 및 경보음이 출력될 수 있도록 압축/경보 신호를 상기 제어기(13a)로 전송한다.
한편, 상기 비트열 정렬기(17)는 도 3에 도시된 바와 같이, 엔트로피 부호화부(13i)에서 입력되는 압축된 영상 데이터와 상기 제어기(13a)로부터 입력되는 헤더 데이터를 미리 설정된 형식의 비트 스트림(bit stream)으로 구성한다.
여기서, 상기 동영상 압축 부호화 과정을 설명하면 다음과 같다.
동화상 압축은 아날로그 영상신호를 디지털 영상신호로 변환한 후, 이산코사인변환(DCT)을 이용한 정보의 부호화를 통해 데이터의 압축이 이루어지며, 데이터의 부호화는 DCT변환과 엔트로피 부호화가 근간을 이루고 있는데, DCT변환은 일종의 직교변환으로서 화상을 공간좌표상에서 주파수로 변환시키는 것이다.
한편, 자연영상은 상호 인접한 화소간의 변화는 작은 반면에 화소간의 상관성은 상당히 높다. 이는 단위거리 당 변환회수로 표시되는 공간주파수가 낮음을 의미하며, 따라서 이와 같은 상관성이 있는 영상을 직교변환으로 주파수 성분을 분해하면 저주파 성분은 큰 값을 갖는데 반하여 고주파 성분은 "0"에 가깝게 된다.
이에 따라 변환 후의 주파수 성분 분포는 직류성분을 정점으로 하는 편위를 가지므로 이것을 엔트로피 부호화와 조합하면 부호량을 경감시킬 수가 있으며, 이와 같은 영상신호의 성질, 이를 테면, 정지영상, 동영상, 2차 영상, 휘도신호, 색차신호 등을 이용하여 영상이 지닌 상관을 제거하거나 또는 시각 특성을 이용하여 용장성의 삭감이 용이하도록 변환시키는 과정을 모델화 과정이라 한다.
상기 모델화 과정에서 변환, 출력되는 데이터의 수는 입력 디지털 영상과 동일하고, 엔트로피는 작아지므로 엔트로피 부호화를 통한 데이터의 감소를 용이하게 하는 역할을 한다. 참고로, 엔트로피 부호화란, 모델화 단계에서 변환된 영상신호의 통계적 성질을 이용하여 적절한 부호를 할당해 전송하거나 축적해야 할 부호량의 감소, 즉, 데이터의 압축을 도모하는 것이다.
앞에서 잠시 언급한 바와 같이, 자연영상은 인접하는 영상간의 상관성이 상당히 높다. 그런데, 이러한 영상의 상관성을 이용하여 엔트로피 부호화를 하는 데에는 예측부호화기법이 통용되며, 예측부호화기법은 영상의 상관성을 이용하여 영상신호를 엔트로피가 작은 신호로 변환시키는 부호화 방식으로서, 부호화, 복호화된 화소 값에서 부호화해야 할 화소 값을 예측하여 원래 화소 값과의 오차를 부호화하는 방법이다. 즉, 예측이 일치할수록 예측오차 신호의 엔트로피가 감소하는 성질을 이용하여 부호화를 꾀하는 것이라 할 수 있다.
이와 같은 동영상 압축 부호화 과정을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 카메라에 촬영된 영상은 디지털 영상신호로 변환하는 과정을 거치게 된다. 이것은 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환함으로써 신호의 열화를 최소한으로 감수하면서 압축에 필요한 방대한 계산을 수행하기 위한 것이다.
상기 영상신호가 디지털 신호로 변환된 후에는 부호화를 진행하는데, 부호화는 움직임 벡터를 검출하여 움직임을 예측하는 것으로 시작하며, 그 다음에는 정지영상이나 동영상에 상관없이 필연적으로 거치는 이산코사인변환을 수행한다. 이는 직류성분을 피크(Peak)로 하는 편위를 갖게 하여 엔트로피 부호화시에 엔트로피를 감소시키기 위한 모델화 과정이라 할 수 있다.
상기 모델화 과정을 거친 영상신호는 양자화부를 통해 양자화가 이루어지며, 양자화 과정에서 데이터의 대폭 경감이 이루어진다. 상기 양자화 과정은 양자화 매트릭스라고 하는 양자화 행렬을 이용하여 인트라 블록(intra block)의 직류성분은 모든 블록과의 차분값을 가변장 부호화하고, 인트라 블록의 교류성분 및 비인트라 블록의 양자화계수는 그 값이 "0"인 계수가 연속되는 개수(run)와 "0"이 아니 계수의 값(레벨)을 조(組)로 하여 가변장 부호화가 행해진다.
이와 같은 압축 부호화 과정을 이용하는 종래 기술에 따른 감시 시스템은 감시하고자 하는 영역을 미리 설정하여 상기 감시하고자 하는 영역에 움직임이 발생할 때만 영상을 압축 및 기록할 수 있으며, 감시하고자 하는 영역을 설정하는 것 없이 전체 영상을 압축 및 기록할 수가 있다.
즉, 상기 감시하고자 하는 영역을 미리 설정한 경우는, 상기 움직임 추정 및 보상부에서 전송되는 움직임 벡터가 감시하고자 하는 영역의 움직임 벡터일 경우에만 기설정된 임계 값과 비교하여 상기 움직임 벡터가 임계 값보다 클 경우에는 움직임이 발생한 것으로 간주하며, 따라서 상기 움직임 정보 검출부(15)는 상기 제어기(13a)로 압축/경보신호를 전송하게 되고, 그 결과 상기 제어기(13a)의 제어하에 동영상이 압축되고, 기록수단(19)에 저장됨과 동시에 경보기(21)에서는 경보음이 출력된다.
그러나 상기와 같은 종래의 디지털 감시 장치는 다음과 같은 문제점이 있었다.
첫째, 감시하고자 하는 영역을 미리 설정하여 영상의 변화가 있는 영상만 녹화하는 경우에는 감시결과의 확인 및 검색은 신속하게 이루어질 수 있으나, 그 외 다른 영역에 대한 감시는 불가능하다.
둘째, 감시하고자 하는 영역을 설정하지 않고 전체 영상을 녹화하는 경우에는 검색 시간 및 압축 데이터를 재생하여 감시 결과를 확인할 때 많은 시간이 소요된다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 전체 영역에 대한 영상을 압축하면서도 특정 영역에 대한 고속 검색이 가능한 디지털 감시 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고속 검색 기능을 갖는 디지털 감시 장치는 카메라로부터 입력되는 영상신호를 압축 부호화하는 동영상 압축 부호화부와, 상기 동영상을 압축 부호화하는 과정에서 생성된 움직임 벡터를 이용하여 움직임 정보 비트를 생성하는 움직임 정보 생성부와, 상기 동영상 압축 부호화부에서 출력되는 동영상 압축 데이터 및 헤더 데이터를 비트 스트림으로 구성함과 동시에 상기 비트 스트림에 상기 움직임 정보 생성부에서 생성된 움직임 정보 비트를 삽입하는 움직임 정보 삽입부와, 상기 비트 스트림에 삽입된 동영상 압축 데이터 전체를 재생하거나 상기 움직임 정보 비트를 이용하여 특정영역에 대한 동영상 압축 데이터만을 선택적으로 재생하는 동영상 재생부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 움직임 정보 생성부는 상기 동영상 압축 부호화부에서 출력되는 움직임 벡터를 임계 값과 비교하는 비교기와, 상기 비교기의 비교결과에 따라 상기 비교기에서 출력되는 1 또는 0의 움직임 정보 비트를 일시적으로 저장한 후 상기 움직임 정보 삽입부로 출력하는 버퍼를 포함하여 구성되고, 상기 움직임 정보 삽입부는 상기 동영상 압축 부호화부에서 출력되는 압축 데이터의 전단에 움직임 정보 비트를 삽입하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 동영상 재생부는 상기 비트 스트림에 삽입된 움직임 정보 헤더를 추출하는 움직임 정보 헤더 추출부와, 상기 추출된 움직임 정보 헤더를 이용하여 특정영역의 움직임 정보를 검색하는 움직임 정보 검색부와, 상기 비트 스트림에 삽입된 동영상 압축 데이터 전체 또는 특정영역에 대한 동영상 압축 데이터만을 복호화하는 동영상 복호화부와, 상기 복호화된 동영상을 화면으로 표시하는 디스플레이부를 포함하여 구성된다. 이때, 상기 디스플레이부는 복호화된 동영상을 재생하는 동영상 재생부와, 전체영역 중에서 특정영역만을 선택하는 특정영역 선택부와, 동영상이 기록된 시간을 표시함과 동시에 현재 상기 동영상 재생부에 표시되고 있는 화면의 기록시간을 표시하는 영상시간 표시부와, 움직임 정보 비트를 이용한 고속 검색을 위한 활성화 신호 입력부와, 동영상 재생에 필요한 각종 제어키들이 구성된 키패드를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 고속 검색 기능을 갖는 디지털 감시 장치는 상기 움직임 정보 삽입부에서 출력되는 비트 스트림을 저장하고 상기 비트 스트림을 상기 동영상 재생부로 출력하는 동영상 기록부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 고속 검색 기능을 갖는 디지털 감시 방법은 프레임 단위로 입력되는 동영상을 압축 부호화하는 단계와, 상기 압축 부호화하는 과정에서 생성된 움직임 벡터를 이용하여 움직임 변화 여부에 따른 움직임 정보 비트를 생성하는 움직임 정보 생성단계와, 상기 압축 부호화된 영상 데이터 및 헤더 데이터를 비트 스트림으로 구성함과 동시에 상기 비트 스트림의 소정위치에 상기 움직임 정보 비트를 삽입하는 움직임 정보 삽입단계와, 상기 비트 스트림에 삽입된 동영상 압축 데이터 전체를 재생하거나 상기 비트 스트림에 삽입된 움직임 정보 비트를 이용하여 특정영역에 대한 동영상 압축 데이터만을 재생하는 동영상 재생단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 움직임 정보 생성단계는 상기 압축 부호화 단계에서 생성된 움직임 벡터를 임계 값과 비교하는 단계와, 상기 비교결과에 따라 상기 움직임 벡터가 임계 값보다 크면 움직임 정보 비트 "1"을 생성하고, 상기 움직임 벡터가 임계 값보다 작으면 움직임 정보 비트 "0"을 생성하는 단계를 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 동영상 재생단계는 상기 비트 스트림에 삽입된 움직임 정보 헤더를 추출하는 단계와, 상기 추출된 움직임 정보 헤더를 이용하여 특정영역의 움직임 정보를 검색하는 움직임 정보 검색단계와, 상기 비트 스트림에 삽입된 동영상 압축 데이터 전체를 복호화하거나 특정영역에 대한 동영상 압축 데이터만을 복호화하는 동영상 복호화 단계와, 복호화된 동영상을 화면으로 표시하는 디스플레이 단계를 포함하여 이루어진다.
한편, 본 발명의 고속 검색 기능을 갖는 디지털 감시 방법은 상기 움직임 정보 비트가 삽입된 비트 스트림을 동영상 기록부에 저장하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 고속 검색 기능을 갖는 디지털 감시 장치 및 방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 고속 검색 기능을 갖는 디지털 감시 장치의 구성블록도이다.
도면에 도시한 바와 같이, 본 발명의 고속 검색 기능을 갖는 디지털 감시 장치는 카메라(40)와, 상기 카메라(41)에 의해 촬영된 영상신호를 압축 부호화하는 동영상 압축 부호화부(41)와, 상기 동영상 압축 부호화부(41)에서 동영상을 압축 부호화하는 과정에서 생성된 움직임 벡터를 이용하여 움직임 정보 비트(Motion Information Bit)를 생성하는 움직임 정보 생성부(43)와, 상기 동영상 압축 부호화부(41)에서 출력되는 헤더 데이터 및 동영상 압축 데이터에 상기 움직임 정보 생성부(43)에서 생성된 움직임 정보 비트를 삽입하여 미리설정된 형식의 비트 스트림(Bit stream)으로 구성하는 움직임 정보 삽입부(45)와, 상기 카메라(40)에 의해 촬영된 전체 동영상에 대한 압축 데이터를 재생하거나 상기 비트 스트림에 삽입된 움직임 정보 비트를 이용하여 특정영역에 대한 동영상 압축 데이터만을 재생하는 동영상 재생부(47)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 동영상 압축 부호화부(41)는 도 5에 도시한 바와 같이, 전체 동작을 제어하는 제어기(41a)와, 입력되는 영상신호를 메크로 블록 단위로 움직임 추정(Motion Estimation)을 수행하여 움직임 벡터(Motion Vector)를 생성하고, 생성된 움직임 벡터를 이용하여 움직임 보상(Motion Compensation)을수행하는 움직임 추정 및 보상부(41b)와, 프레임 단위로 입력되는 현재 프레임의 영상신호와 이전 프레임의 복원된 영상신호에 대한 움직임 보상영역을 감산하여 차(差)영상을 생성하는 감산기(41c)와, 상기 감산기(41c)에서 출력되는 차영상을 공간영역에서 주파수 영역으로 변환하기 위해 이산코사인변환(Discrete Cosine Transform)하는 이산코사인변환부(이하, "DCT부"라 함)(41d)와, 상기 DCT부(41d)에서 출력되는 차영상을 소정의 양자화 간격으로 양자화시키는 양자화부(41e)와, 상기 양자화부(41e)에서 양자화된 차영상을 상기 양자화부(41e)로 입력되기 이전의 상태로 복원하기 위한 역양자화부(41f)와, 상기 역양자화부(41f)에서 출력되는 역양자화된 차영상을 상기 DCT부(41d)로 입력되기 이전의 상태로 복원하기 위한 역이산코사인변환부(이하, "IDCT부"라 함)(41g)와, 상기 IDCT부(41g)에서 복원된 차영상과 상기 움직임 추정 및 보상부(41b)에 의해 움직임 보상된 영상을 가산하여 이전 프레임에 대한 복원된 영상을 출력하는 가산기(41h)와, 상기 움직임 추정 및 보상부(41b)에서 출력되는 움직임 벡터와 상기 제어기(41a)에서 출력되는 제어 데이터를 이용하여 상기 양자화부(41e)에서 출력되는 양자화된 영상신호를 무손실 압축하는 엔트로피 부호하부(41i)를 포함하여 구성된다.
추가하여, 상기 동영상 압축 부호화부(41)는 도면에는 도시되지 않았지만, 상기 카메라(40)에서 출력되는 아날로그 영상신호를 디지털 영상신호로 변환하는 A/D변환부 및 상기 디지털로 변환된 영상신호를 프레임 단위로 저장하는 프레임 메모리부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 움직임 추정 및 보상부(41b)는 이전 프레임의 복원영상과 현재 프레임의 원영상간의 유사부분을 추정하여 그 위치이동의 결과를 움직임 벡터로 출력하고, 이전 프레임의 복원영상의 움직임 위치를 움직임 벡터를 이용하여 보상한 움직임 보상 영상을 상기 가산기(41h)로 출력한다.
상기 움직임 정보 생성부(43)는 상기 움직임 추정 및 보상부(41b)에서 출력되는 움직임 벡터를 이용하여 비트 스트림(Bit stream)에 삽입된 움직임 정보 비트를 생성한다. 즉, 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 움직임 정보 생성부(43)는 비교기(43a)와 버퍼(43b)로 구성되며, 상기 움직임 추정 및 보상부(41b)로부터 출력되는 움직임 벡터(Motion Vector)를 상기 비교기(43a)를 통해서 임계 값과 비교한 후, 상기 움직임 벡터가 임계 값보다 클 경우에는 움직임 정보 비트를 "1"로 하여 버퍼(43b)에 저장하고, 반대로 상기 움직임 벡터가 임계 값보다 작을 경우에는 움직임 정보 비트를 "0"으로 하여 버퍼(43b)에 저장한다.
상기 움직임 정보 삽입부(45)는 상기 엔트로피 부호화부(41i)에서 출력되는 동영상 압축 데이터와 상기 제어기(41a)에서 출력되는 헤더 데이터에 상기 움직임 정보 생성부(43)에서 출력되는 움직임 정보 비트를 삽입하여 미리 설정된 형식의 비트 스트림으로 구성하며, 이때의 비트 스트림은 도 7과 같다. 즉, 도 7에 도시한 바와 같이, 비트 스트림의 맨 처음에는 프레임의 헤더 데이터가 삽입되고, 움직임 정보 비트는 동영상 압축 데이터의 전단에 삽입되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 동영상 재생부(47)는 동영상 압축 데이터를 복호화하여 재생하는 부분으로서, 카메라에 의해 촬영된 전체영역에 대한 동영상 압축 데이터를 재생할 수도 있으며, 상기 비트 스트림에 삽입된 움직임 정보 비트를 이용하여 특정영역에 대한 동영상 압축 데이터를 재생하여 특정영역에 대한 검색시 보다 빠른 검색이 가능하게 한다.
이와 같은 동영상 재생부(47)는 상기 움직임 정보 비트가 삽입된 비트 스트림으로부터 움직임 정보 헤더만을 추출하는 움직임 정보 헤더 추출부(47a)와, 상기 움직임 정보 헤더 추출부(47a)에서 추출된 움직임 정보 헤더를 이용하여 특정영역의 움직임 정보를 검색하는 특정영역의 움직임 정보 검색부(47b)와, 전체영역에 대한 동영상 압축 데이터 및 상기 특정영역의 움직임 정보 검색 결과를 토대로 하는 해당영역에 대한 동영상 압축 데이터를 복호화하는 동영상 복호화부(47c)와, 복호화된 동영상을 화면으로 표시하는 디스플레이부(47d)를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 움직임 정보 헤더 추출부(47a)는 비트 스트림에 삽입된 움직임 정보 헤더만을 추출하여 이를 특정영역의 움직임 정보 검색부(47b)로 출력하며, 상기 특정영역의 움직임 정보 검색부(47b)는 상기 움직임 정보 헤더 추출부(47a)로부터 입력되는 움직임 정보 헤더를 이용하여 사용자 인터페이스부를 통해 입력된 특정영역에 해당하는 움직임 정보를 검색한다.
참고로, 본 발명의 고속 검색 기능을 갖는 디지털 감시 장치는 상기 움직임 정보 삽입부(45)에서 출력되는 비트 스트림을 저장하여 추후 상기 동영상 재생부(47)로 출력하는 동영상 기록부(49)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
추가하여, 본 발명의 고속 검색 기능을 갖는 디지털 감시 장치는 상기 동영상 재생부(47)에서 상기 움직임 정보 비트를 별도로 추출하여 헤더나 별도의 파일로 저장하는 것을 포함한다. 즉, 비트스트림에 부가적인 움직임 정보 비트를 삽입할 경우 압축의 효율성이 떨어질 우려가 있으므로 동영상 재생부(47)에서는 상기 비트스트림에 삽입된 움직임 정보 비트만을 별도로 추출하여 별도로 파일로 저장하는 것에 의해 고속 검색이 가능하도록 한다.
한편, 도 8은 본 발명의 고속 검색 기능을 갖는 디지털 감시 장치에 따는 동영상 재생부의 사용자 인터페이스를 도시한 것으로서, 도면의 좌상단부는 동영상 재생영역(A)이고, 좌하단부는 동영상 기록부(49)에 기록된 동영상 압축 데이터의 기록시간을 디스플레이하는 영역(B)으로서, 현재 상기 동영상 재생영역(A)에 디스플레이 되는 화면의 대응시간을 표시해 주는 스크롤 막대(C)가 표시된다. 참고로, 도 8에서, 기록된 동영상 압축 데이터의 기록 시간을 디스플레이 하는 영역을 보면, 7:30분에서 18:30분까지 기록된 영상을 검색하고 있음을 보여준다.
또한, 우상단부는 움직임영역(D)을 표시하는 부분으로서 특정영역(E)을 마우스를 이용하여 선택하면 선택된 부분의 색상이 변화되고, 이는 상기 특정영역(E)을 위주로 고속 검색을 하겠다는 의미가 되며, 이를 위해서는 상기 움직임영역(D)의 우상단쪽에 위치한 활성화 단추(F)를 클릭하면 된다.
마지막으로, 우하단부는 동영상 재생부(47)의 제어를 위해 필요한 각종 제어 키(Key) 등이 구성되는 영역(G)이다.
따라서, 본 발명에 따른 고속 검색 기능을 갖는 디지털 감시 장치는 상기와 같은 동영상 재생부를 이용하여 카메라에 의해 촬영된 전체영역에 대한 동영상 압축 데이터를 재생할 수도 있지만, 전술한 도 7의 움직임 정보 비트를 이용하여 특정영역에 움직임이 발생한 경우에만 해당영역에 대한 동영상 압축 데이터만을 재생하여 볼 수도 있으며, 만일 특정영역에 대한 움직임이 없는 경우에는 구지 재생할 필요가 없게 된다. 다시 말해서, 비트 스트림에 삽입된 움직임 정보 헤더를 보고 움직임이 발생한 시간을 찾아낼 수가 있고, 특정영역에서 움직임이 발생하면 움직임이 발생한 영역의 동영상 압축 데이터만을 재생함으로써 보다 빠른 검색이 가능해진다.
이하에서는 상기와 같이 구성된 본 발명의 고속 검색 기능을 갖는 디지털 감시 장치의 동작을 설명하기로 한다.
먼저, 움직임 추정 및 보상부(41b)는 현재 프레임의 영상신호와 이전 프레임의 영상신호간의 유사부분을 추정하여 그 위치이동의 결과를 움직임 벡터(Motion Vector)로 출력하고, 상기 움직임 벡터를 이용하여 이전 프레임의 영상신호에 대한 움직임 보상(Motion Compensation)을 수행한다.
상기 움직임 추정 및 보상부(41b)에서 움직임 보상이 완료된 이전 프레임의 복원된 영상신호는 감산기(41c)로 입력되며, 상기 감산기(41c)는 현재 프레임의 영상신호와 상기 움직임 추정 및 보상부(41b)로부터 입력되는 움직임 보상이 완료된 이전 프레임의 영상신호간의 차(差)영상을 구하여 이를 DCT부(41d)로 출력한다.
상기 DCT부(41d)는 상기 감산기(41c)로부터 입력되는 차영상을 이산코사인변환을 통해 공간영역에서 주파수영역으로 변환한 후, 이를 양자화부(41e)로 출력하고, 상기 양자화부(41e)는 상기DCT부(41d)로부터 입력되는 차영상을 소정의 양자화 간격으로 양자화한다.
상기 양자화부(41e)에서 양자화된 차영상은 상기 역양자화부(41f)로 입력되어 양자화되기 이전 상태의 차영상으로 복원되고, 상기 역양자화부(41f)에서 역양자화된 차영상은 IDCT부(41g)로 입력되어 상기 DCT부(41d)에서 이산코사인변환 되기 이전의 차영상으로 복원된다.
상기 IDCT부(41g)에서 복원된 차(差)영상은 상기 가산기(41h)로 입력되어 상기 움직임 추정 및 보상부(41b)에서 움직임 보상된 영상과 합해져서 이전 프레임에 대한 복원영상으로서 상기 감산기(41c)로 출력되며, 상기 엔트로피 부호화부(41i)는 상기 양자화부(41e)의 출력신호를 상기 제어기(41a)에서 출력되는 제어 데이터와 상기 움직임 추정 및 보상부(41b)에서 출력되는 움직임 벡터(Motion Vector)를 이용하여 무손실 압축한다.
이때, 상기 움직임 정보 생성부(43)는 상기 움직임 추정 및 보상부(41b)에서 생성된 움직임 벡터를 임계 값과 비교하여 그 결과 여부에 따라 움직임 정보 비트 "1" 또는 "0"을 생성하며, 상기 움직임 정보 삽입부(45)는 상기 제어기(41a)에서 출력되는 헤더 데이터 및 상기 엔트로피 부호화부(41i)에서 출력되는 동영상 압축 데이터를 일정 형식의 비트 스트림으로 구성함과 동시에 상기 움직임 정보 생성부(43)에서 생성된 움직임 정보 비트를 상기 비트 스트림의 압축 데이터 전단에 삽입한다.
이와 같이 비트 스트림으로 구성된 동영상 압축 데이터는 동영상 기록부(49)로 저장되었다가 사용자가 동영상 압축 데이터를 재생하고자 할 경우에는 동영상 재생부(47)로 전달되어 재생이 이루어진다.
이때, 상기 동영상 재생부(47)의 움직임 정보 헤더 추출부(47a)는 상기 동영상 기록부(49)로부터 입력되는 비트 스트림으로부터 움직임 정보 헤더를 추출하여 이를 특정영역의 움직임 정보 검색부(47b)로 출력하며, 이에 상기 특정영역의 움직임 정보 검색부(47b)는 입력되는 움직임 정보 헤더를 이용하여 사용자 인터페이스부를 통해 입력된 특정영역에 해당하는 움직임 정보를 검색한다.
상기 특정영역의 움직임 정보 검색부(47b)의 검색 결과 특정영역에서 움직임이 발생한 경우에는 해당영역의 동영상 압축 데이터를 동영상 복호화부(47c)를 통해 원래의 동영상으로 복호화하여 상기 동영상 재생영역(A)를 통해 재생화면을 디스플레이 한다. 참고로, 상기 동영상 재생부(47)는 압축 부호화된 전체영역에 대한 동영상을 그대로 재생할 수도 있으며, 전술한 바와 같이, 상기 비트 스트림에 삽입된 움직임 정보 비트를 이용하여 특정영역에 대한 동영상만을 재생할 수도 있다.
이하, 도 9 및 도 10의 순서도를 참조하여 본 발명의 고속 검색 기능을 갖는 디지털 감시 방법을 설명하기로 한다.
도 9는 본 발명의 동영상 검색 방법에 따른 개략적인 순서도로서, 프레임 단위로 입력되는 동영상을 압축 부호화하는 단계(S901)와, 상기 압축 부호화하는 과정에서 생성된 움직임 벡터(Motion Vector)를 이용하여 움직임 변화 여부에 따른 움직임 정보 비트를 생성하는 움직임 정보 생성단계(S902)와, 상기 압축 부호화된 영상 데이터의 전단에 상기 움직임 정보 비트를 삽입하여 비트 스트림으로 구성하는 움직임 정보 삽입단계(S903) 및 카메라에 촬영된 전체 영역에 대한 압축된 동영상을 재생하거나 상기 비트 스트림에 삽입된 움직임 정보 비트를 참조하여 특정 영역에 대한 동영상만을 재생하는 단계(S904)를 포함하여 구성된다.
이와 같은 본 발명의 동영상 검색 방법을 도 10을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 카메라에 의해 촬영된 동영상을 압축 부호화한 후(S1001), 상기 압축 부호화 단계에서 생성된 움직임 벡터(Motion Vector)를 임계 값과 비교하여(S1002) 상기 움직임 벡터가 임계 값보다 크면 움직임 정보 비트 "1"을 생성하고(S1003), 상기 움직임 벡터(Motion Vector)가 임계 값보다 작으면 움직임 정보 비트 "0"을 생성한다(S1004). 이때, 상기 움직임 정보 비트는 버퍼(43b)에 저장되어 추후 움직임 정보 삽입부(45)로 전달된다.
이후, 상기 움직임 정보 삽입 단계(S903)에 접어들어 상기 압축 데이터 및 헤더 데이터를 일정 형식의 비트 스트림으로 구성함에 있어서, 상기 움직임 정보 생성 단계에서 생성된 움직임 정보 비트를 상기 동영상 압축 데이터의 전단에 삽입하여(S1005), 추후 사용자가 특정영역에 대한 동영상 압축 데이터의 재생을 희망하는 경우, 상기 비트 스트림에 삽입된 움직임 정보 비트를 이용하여 보다 간편하고 신속하게 움직임이 발생된 영역의 검색이 이루어질 수 있도록 한다.
이어서, 상기 비트 스트림을 복호화하여 동영상을 재생하는 재생단계에서는, 상기 움직임 정보 비트가 삽입된 비트 스트림으로부터 움직임 정보 헤더를 추출한 후(S1006), 추출된 움직임 정보 헤더를 이용하여 특정영역의 움직임 정보를 검색한 다음(S1007), 상기 특정영역에 움직임이 발생하였는지를 확인한다(S1008). 참고로, 특정영역이라 함은 카메라에 의해 촬영된 전체영역 중에서 사용자가 검색하고자 하는 관심영역을 의미한다.
이어서, 상기 특정영역에 움직임이 발생하였는지를 확인한 결과, 특정영역에 움직임이 발생하였다고 판별되면, 해당영역의 동영상 압축 데이터를 동영상 복호화부(47c)를 통해 복호화한 후(S1009), 동영상 재생영역(A)에 해당 화면을 디스플레이한다(S1010). 이때, 상기 특정영역에 움직임이 발생하지 않았으면, 아무런 변화가 없는 것으로 간주하여 동영상을 재생할 필요가 없게 된다. 참고로, 앞에서의 설명은 특정영역에 대해서 동영상 압축 데이터를 재생하는 것을 언급하였으나, 특정영역을 지정하지 않고 전체영역에 대한 동영상 압축 데이터의 재생이 가능함은 자명하다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수가 있고, 상기 실시예들을 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수가 있음은 명확하다. 따라서, 상기 기재 내용은 하기의 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명의 고속 검색 기능을 갖는 디지털 감시 장치 및 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
압축 부호화된 동영상 압축 데이터를 재생함에 있어서, 움직임 정보 비트를 우선 탐색해 봄으로써 재생할 영역 내의 특정영역에 대한 변화여부를 미리 판단할 수가 있으므로 검색 및 감시 결과 확인에 소요되는 시간을 최소화할 수 있다.
또한, 전체영역에 대한 모든 동영상 정보를 압축하기 때문에 압축 데이터를 재생할 때 특정영역을 자유롭게 설정하더라도 고속 검색 및 재생이 가능하다.
또한, 전체영역에 대한 모든 동영상을 압축하므로 특정영역 내의 변화와 관련된 많은 부수적인 정보를 얻을 수 있다. 즉, 특정영역을 설정하여 고속 검색을 실시할 경우 상기 설정된 특정영역에 대한 보다 자세한 움직임을 확인할 수가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 감시 시스템의 구성도
도 2는 종래 기술에 따른 움직임 정보 검출부를 설명하기 위한 도면
도 3은 종래 기술에 따른 비트열 정렬기를 설명하기 위한 비트 스트림을 도시한 도면
도 4는 본 발명의 고속 검색 기능을 갖는 디지털 감시 장치의 구성도
도 5는 본 발명의 고속 검색 기능을 갖는 디지털 감시 장치에 따른 동영상 부호화부의 세부 구성도
도 6은 본 발명의 고속 검색 기능을 갖는 디지털 감시 장치에 따른 움직임 정보 생성부의 구성도
도 7은 본 발명의 고속 검색 기능을 갖는 디지털 감시 장치에 따른 움직임 정보 삽입부에서 출력되는 비트 스트림을 도시한 도면
도 8은 본 발명의 고속 검색 기능을 갖는 디지털 감시 장치에 따른 동영상 재생부의 사용자 인터페이스를 도시한 도면
도 9는 본 발명의 고속 검색 기능을 갖는 디지털 감시 방법을 설명하기 위한 개략적인 순서도
도 10은 본 발명의 고속 검색 기능을 갖는 디지털 감시 방법을 설명하기 위한 구체적인 순서도
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
41 : 동영상 압축 부호화부 43 : 움직임 정보 생성부
43a : 비교기 43b : 버퍼
45 : 움직임 정보 삽입부 47 : 동영상 재생부
47a : 움직임 정보 헤더 추출부 47b : 특정영역의 움직임 정보 검색부
47c : 동영상 복호화부 49 : 동영상 기록부

Claims (10)

  1. 카메라로부터 입력되는 영상신호를 압축 부호화하는 동영상 압축 부호화부와;
    상기 동영상을 압축 부호화하는 과정에서 생성된 움직임 벡터를 이용하여 움직임 정보 비트를 생성하는 움직임 정보 생성부와;
    상기 동영상 압축 부호화부에서 출력되는 동영상 압축 데이터 및 헤더 데이터를 비트 스트림으로 구성함과 동시에 상기 비트 스트림에 상기 움직임 정보 생성부에서 생성된 움직임 정보 비트를 삽입하는 움직임 정보 삽입부와;
    상기 비트 스트림에 삽입된 동영상 압축 데이터 전체를 재생하거나 상기 움직임 정보 비트를 이용하여 특정영역에 대한 동영상 압축 데이터만을 선택적으로 재생하는 동영상 재생부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고속 검색 기능을 갖는 디지털 감시 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 움직임 정보 생성부는,
    상기 동영상 압축 부호화부에서 출력되는 움직임 벡터를 임계 값과 비교하는 비교기와,
    상기 비교기의 비교결과에 따라 상기 비교기에서 출력되는 1 또는 0의 움직임 정보 비트를 일시적으로 저장한 후 상기 움직임 정보 삽입부로 출력하는 버퍼를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고속 검색 기능을 갖는 디지털 감시 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 움직임 정보 삽입부는,
    상기 동영상 압축 부호화부에서 출력되는 압축 데이터의 전단에 움직임 정보 비트를 삽입하는 것을 특징으로 하는 고속 검색 기능을 갖는 디지털 감시 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 동영상 재생부는,
    상기 비트 스트림에 삽입된 움직임 정보 헤더를 추출하는 움직임 정보 헤더 추출부와,
    상기 추출된 움직임 정보 헤더를 이용하여 특정영역의 움직임 정보를 검색하는 움직임 정보 검색부와,
    상기 비트 스트림에 삽입된 동영상 압축 데이터 전체 또는 특정영역에 대한 동영상 압축 데이터만을 복호화하는 동영상 복호화부와,
    상기 복호화된 동영상을 화면으로 표시하는 디스플레이부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고속 검색 기능을 갖는 디지털 감시 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 디스플레이부는,
    복호화된 동영상을 재생하는 동영상 재생부와,
    전체영역 중에서 특정영역만을 선택하는 특정영역 선택부와,
    동영상이 기록된 시간을 표시함과 동시에 현재 상기 동영상 재생부에 표시되고 있는 화면의 기록시간을 표시하는 영상시간 표시부와,
    움직임 정보 헤더를 이용한 고속 검색을 위한 활성화 신호 입력부와,
    동영상 재생에 필요한 각종 제어키들이 구성된 키패드를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고속 검색 기능을 갖는 디지털 감시 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 움직임 정보 삽입부에서 출력되는 비트 스트림을 저장하고 상기 비트 스트림을 상기 동영상 재생부로 출력하는 동영상 기록부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 검색 기능을 갖는 디지털 감시 장치.
  7. 프레임 단위로 입력되는 동영상을 압축 부호화하는 단계와;
    상기 압축 부호화하는 과정에서 생성된 움직임 벡터를 이용하여 움직임 변화 여부에 따른 움직임 정보 비트를 생성하는 움직임 정보 생성단계와;
    상기 압축 부호화된 영상 데이터 및 헤더 데이터를 비트 스트림으로 구성함과 동시에 상기 비트 스트림의 소정위치에 상기 움직임 정보 비트를 삽입하는 움직임 정보 삽입단계와;
    상기 비트 스트림에 삽입된 동영상 압축 데이터 전체를 재생하거나 상기 비트 스트림에 삽입된 움직임 정보 비트를 이용하여 특정영역에 대한 동영상 압축 데이터만을 재생하는 동영상 재생단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고속 검색 기능을 갖는 디지털 감시 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 움직임 정보 비트가 삽입된 비트 스트림을 동영상 기록부에 저장하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고속 검색 기능을 갖는 디지털 감시 방법.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 움직임 정보 생성단계는,
    상기 압축 부호화 단계에서 생성된 움직임 벡터를 임계 값과 비교하는 단계와,
    상기 비교결과에 따라 상기 움직임 벡터가 임계 값보다 크면 움직임 정보 비트 "1"을 생성하고, 상기 움직임 벡터가 임계 값보다 작으면 움직임 정보 비트 "0"을 생성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고속 검색 기능을 갖는 디지털 감시 방법.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 동영상 재생단계는,
    상기 비트 스트림에 삽입된 움직임 정보 헤더를 추출하는 단계와,
    상기 추출된 움직임 정보 헤더를 이용하여 특정영역의 움직임 정보를 검색하는 움직임 정보 검색단계와,
    상기 비트 스트림에 삽입된 동영상 압축 데이터 전체를 복호화하거나 특정영역에 대한 동영상 압축 데이터만을 복호화하는 동영상 복호화 단계와,
    복호화된 동영상을 화면으로 표시하는 디스플레이 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고속 검색 기능을 갖는 디지털 감시 방법.
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Akujuobi Application of Wavelets to Video Compression

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