KR100565707B1

KR100565707B1 - 가변길이 부호화 테이블 구조 및 이 것을 이용한 가변길이 부호화 방법

Info

Publication number: KR100565707B1
Application number: KR1019980039969A
Authority: KR
Inventors: 이의원
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 1998-09-25
Filing date: 1998-09-25
Publication date: 2006-05-25
Also published as: KR20000021048A

Abstract

본 발명은 MPEG2엔코더(부호화기)에서 가변길이 부호화기(Variable Length Coder)의 실시간 처리 방법에 관한 것으로서 특히 가변길이 부호화기의 테이블을 재배열하고 이 재배열된 테이블을 이용해서 입력 데이타를 가변길이 부호화 하는 기술에 관한 것이다.

종래의 가변길이 부호화기에서는 가변길이 부호 테이블의 코드값이 입력코드의 순서에 의하지 않고 코드길이에 의한 순서로 배열된 구조를 가지며, 또한 지그재그 스캐닝을 수행하여 부호화를 수행하기 때문에 디지탈 신호 처리기를 이용한 부호화기 구현시 고속 실시간 처리가 어려웠다.

본 발명은 도5에 도시한 바와같이, 기존의 가변길이 부호화 테이블을 입력되는 코드의 순서에 의하여 '0'부터 일정한 값까지 배치하여 인덱싱 처리한 새로운 재배치된 가변길이 부호화 테이블구조를 가지고 입력 데이타를 이 재배치된 가변길이 부호화 테이블에 의해서 부호화하고, 또 DCT부에서 DCT를 수행한 후 출력데이타를 블럭(Block)단위에서 저장할 때의 순서를 지그재그 스캐닝 순서로 저장하지 않고 순차적 순서로 저장하여 한번에 다량의 데이타를 묶음으로 읽어내서 처리할 수 있도록 함으로써 고속 실시간 처리가 가능하도록 하였다.

Description

가변길이 부호화 테이블 구조 및 이 것을 이용한 가변길이 부호화 방법{MODIFIED VLC TABLE AND METHOD OF CODING BY MODIFIED VLC TABLE}

본 발명은 MPEG2엔코더(부호화기)에서 가변길이 부호화기(Variable Length Coder)의 실시간 처리 방법에 관한 것으로서 특히 가변길이 부호화기의 테이블을 재배열하고 이 재배열된 테이블을 이용해서 입력 데이타를 가변길이 부호화하며, 데이타를 처리하는 순서를 종래의 지그재그 스캔에서 순차적 스캔으로 실행함으로써 고속의 데이타 처리를 가능하게 한 가변길이 부호화기 및 이 것을 이용한 가변길이 부호화 방법에 관한 것이다.

MPEG2 부호화기를 구현하는 방법은 여러가지가 있지만 그 중에서 대표적인 방법은 하드와이어 로직(hardwire logic)을 이용해서 ASIC을 하는 것이다.

이 방법의 장점은 사용목적에 적합하게 콤팩트하게 설계할 수 있고 게이트 수가 다른 방법에 비하여 적게 든다는 점이나, ASIC설계나 스펙이 잘못되었을 때에 이 것을 수정하기 어렵고 비용이 많이 든다는 단점도 있다.

MPEG2 부호화기를 구현하는 다른 방법으로는 계산시간이 많이 소요되는 것 들 즉, DCT나 움직임 보상(motion estimation) 등은 하드와이어 로직으로 구현하고 나머지는 디지탈 신호 처리기로 설계하는 방법인데, 이 방법의 장점은 ASIC설계나 스펙이 잘못 되었을 때에 수정하기 쉽고 비용이 거의 들지 않으며 다음에 이 IC를 업그레이드(upgrade)하는 것이 용이하다는 점이나, 디지탈 신호 처리기가 범용이기 때문에 게이트의 수가 많아지고 또 실시간 처리가 어렵다는 단점이 있다.

도1은 종래의 MPEG2 부호화기의 블럭 구성도로서, 입력 디지탈 영상 데이타를 DCT변환하는 DCT부(101)와, DCT변환된 계수값들을 양자화하는 양자화부(102)와, 양자화된 데이타를 가변길이 부호화하는 가변길이 부호화기(103)와, 가변길이 부호화된 영상 데이타 스트림 출력을 위한 버퍼(104)와, 상기 양자화를 위한 비트 레이트(bit rate)를 조절하는 비트 레이트 제어부(105)와, 상기 양자화된 데이타를 역양자화하는 역양자화부(106)와, 상기 역양자화된 데이타를 역DCT처리하는 역DCT부(107)와, 상기 역DCT처리된 데이타를 저장하는 프레임 메모리(108)와, 상기 메모리된 데이타의 움직임 추정과 보상을 각각 수행하기 위한 움직임 추정부(109) 및 움직임 보상부(110)를 포함하고 있다.

디지탈 영상 입력신호(input picture)와 이전의 영상신호의 움직임 추정된 움직임 추정부(109) 출력과의 차이(predictor error)를 DCT부(101)에서 이산코사인변환(DCT)하고 양자화부(102)에서 비트 레이트 제어부(105)의 제어를 받아 양자화한 다음 가변길이 부호화기(103)에 입력한다.

가변길이 부호화기(103)는 소스(source)데이타의 엔트로피에 근접하도록 하기위한 노이즈레스(noiseless)코딩인 허프만 코딩(Huffamn Coding)과 런렝쓰 코딩(Run Length Coding)을 이용해서 상기 양자화된 DCT계수(coefficient)를 압축하여 버퍼(104)를 통해 영상 데이타 스트림(MPEG2 Video Bitsream)으로 출력한다.

한편, 상기 양자화된 신호는 다시 역양자화부(107)에서 역양자화하고 역DCT부(107)에서 역DCT변환하여 프레임 메모리(108)에 저장한다.

프레임 메모리(108)에 저장된 데이타와 입력 디지탈 영상데이타를 이용해서 움직임 벡터(motion vector)를 만들어 내고 이 것을 이용해서 움직임 보상부(110)에서 움직임 보상을 수행하여, 움직임 보상된 데이타와 입력 영상데이타의 차이를 구하여 상기 DCT부(101)에 입력한다.

이러한 일련의 동작이 수행되어 입력 디지탈 영상 데이타를 MPEG2 부호화하게 되는데, 이와같이 디지탈 신호 처리기를 이용해서 가변길이 부호화기를 구현할 때 가장 큰 문제가 되는 것은 실시간으로 처리가 가능한가 하는 점이다.

상기 가변길이 부호화는 DCT계수를 MPEG2에서 허프만 코딩과 런렝쓰 코딩을 이용해서 미리 만들어 놓은 코드워드(code word)에 맵핑(mapping)시키는 것이다.

그런데 입력되는 영상 데이타의 형식(input video data format)이 4:2:0 일 때 가변길이 부호화기가 처리해야 하는 데이타의 수는 영상 데이타의 화소수의 1.5배로서, 예를 들면 영상 데이타의 레졸루션(resolution)이 720×480 이라면 720×480×1.5 = 518440 이 된다.

가변 길이 부호화기는 NTSC신호일 경우 33.33msec 동안 518440 의 데이타를 처리해야 한다.

따라서 1화소에 대하여 약 64nsec 정도의 처리시간이 주어지고, 이 시간은 디지탈 신호처리기가 처리하기에는 매우 짧은 시간이 되어 실시간 처리를 어렵게 하고 또 데이타의 입출력단에서 병목 현상이 초래되어 시스템 성능을 저하시키게 된다.

즉, 종래의 MPEG2 가변길이 부호화 테이블을 그대로 이용해서 가변길이 부호화기를 구현하게 되면 디지탈 신호 처리기의 코딩이 복잡해지고 또 실행속도도 낮아지게 된다.

한편, MPEG2 규격에서 매크로 블럭(macro block)중의 블럭 데이타(MPEG에서는 데이타를 계층적 구조로 구성하는데 1매크로 블럭은 4개의 블럭으로 이루어져 있다)를 처리하는 순서는 도2a와 같은 지그재그(zig zag)순서나 얼터너티브(alternative) 순서로 규정되어 있다.

즉, DCT를 수행한 후 데이타가 DC성분으로 많이 몰리게 되므로 지그재그 스캐닝 순서로 가변 부호화를 수행하게 되면 더욱 많은 양의 데이타를 압축할 수 있기 때문이다.

그러나 지그재그 스캐닝은 디지탈 신호 처리기를 이용해서 가변길이 부호화를 수행할 때 많은 문제를 야기 시킨다.

즉, DCT를 수행한 후 데이타의 길이는 16비트인데 디지탈 신호 처리기는 수행 속도를 높이기 위하여 한꺼번에 많은 양의 데이타를 읽을 수 있어야 하지만, 도2a와 같이 지그재그 스캐닝으로 데이타가 저장되어 있으면 이 것이 불가능하므로 고속 실시간 처리를 어렵게 하였다.

본 발명은 디지탈 신호 처리기를 이용해서 MPEG2 엔코더의 가변길이 부호화를 수행할 때 실시간 고속 처리가 가능하도록 한 가변길이 부호화 테이블 구조 및 이 것을 이용한 가변길이 부호화 방법을 제공한다.

본 발명은 기존의 가변길이 부호화 테이블을 입력되는 코드의 순서에 의하여 '0'부터 일정한 값까지 배치하여 인덱싱 처리한 새로운 재배치된 가변길이 부호화 테이블구조를 가지고 입력 데이타를 이 재배치된 가변길이 부호화 테이블에 의해서 부호화함으로써 실시간 가변길이 부호화 처리를 가능하게 하는 방법을 제공한다.

또한 본 발명은 DCT부에서 DCT를 수행한 후 출력 데이타를 블럭(Block)단위에서 저장할 때의 순서를 지그재그 스캐닝 순서로 저장하지 않고 순차적 순서로 저장하여 한번에 다량의 데이타를 묶음으로 읽어내서 처리할 수 있도록 함으로써 고속 실시간 처리가 가능하도록 한 가변길이 부호화 테이블 구조 및 이 것을 이용한 가변길이 부호화 방법을 제공한다.

도3은 본 발명에 의한 가변길이 부호화기의 블럭 구성도로서 DCT 및 양자화부(301)에서 양자화 처리된 DCT계수를 지그재그 스캐닝 변환부(302)에서 지그재그 스캐닝한 순서대로 변환 저장하고 이 것을 재배열된 가변길이 부호화 테이블을 포함하는 가변길이 부호화기(303)에서 부호화하는 구성이다.

도4는 본 발명의 재배열된 가변길이 부호화 테이블의 일예를 설명하기 위한 기존의 가변길이 부호화 테이블의 일예로서 B픽쳐에 대한 가변길이 부호화 테이블을 나타내며, 도5는 도4의 B픽쳐에 대한 가변길이 부호화 테이블을 재배열하여 구성한 본 발명의 가변길이 부호화 테이블을 나타내고 있다.

본 발명의 가변길이 부호화 테이블의 구성 방법과 이 것을 이용한 가변길이 부호화 방법을 설명하면 다음과 같다.

도3에서 설명한 바와같이 DCT 및 양자화 처리된 입력 데이타에 대한 가변길이 부호화 테이블의 구조가 도4와 같다고 하면 입력 코드워드(400)를 그 코드워드값으로 인덱싱(indexing)하여 도5와 같이 인덱스값(500)으로 재배열하고 각각에 해당하는 가변길이코드값(VLC code) 맵핑시켜서 가변길이 부호화 테이블을 '0'부터 일정한 값(도5에서는 '0'부터 '31')까지 배치하고 중간중간에 없는 값이 없도록 만든다(즉 VLC code = 0 으로 만든다).

도4에서 보는 바와같이 Intra type 매크로 블럭(401)의 가변길이 코드는 '00011'이고 각 플래그(400)들의 값을 합치면 '1'이 되어 도5와 같이 인덱스된 값(501)=1에 배열될 것이고, 도4에서 Intra,Quant type 매크로 블럭(402)의 가변길이 코드는 '000001'이고 각 플래그(400)들의 값을 합치면 '17'이 되어 도5와 같이 인덱스된 값(502)=17에 배열될 것이다.

이러한 방법으로 나머지 데이타들에 대해서도 인덱싱을 수행하면 도4의 기존 가변길이 부호화 테이블은 도5와 같이 재배열된다.

도5와 같이 재배열된 가변길이 부호화 테이블은 결국 DCT 및 양자화된 입력 데이타값(400)을 인덱싱값(500)으로 변환하는 단계만 거치면 곧바로 해당 인덱스값에 대응하는 가변길이 코드값(VLC code)으로 즉각적으로 출력시킬 수 있게한다.

이때 최종적인 출력은 코드(code)와 길이(length)로 나오게 되며 이 것은 가변길이 코드는 값은 같으나 보통 길이가 다르므로 값으로만 표현되지 않고 코드의길이도 같이 출력되어야 하기 때문이다.

한편, 상기의 재배열된 가변길이 부호화 테이블에 의해서 부호화될 입력 데이타는 이미 설명한 바와같이 지그재그 스캐닝 순서를 순차적으로 메모리에 저장하여 출력되는 값들이다.

즉, 도3의 스캐닝 변환부(302)에서, DCT를 행한 후 데이타를 저장할 때 상기 도2a 와 같이 지그재그 스캐닝 순서로 저장하지 않고 도2b와 같이 순차적으로 저장한다.

이렇게 하면 본 발명의 재배열된 부호화 테이블을 가지는 가변길이 부호화기(303)에서는 한꺼번에 몇개의 데이타를 동시에 읽을 수 있기 때문에 수행속도를 높일 수 있다.

물론 이때 블럭에 쓰여지는 데이타의 순서는 도2b와 같이 순차적으로 쓰지만 그 실제 내용은 도2a의 지그재그 순서를 그대로 유지하므로 블럭의 데이타를 메모리에서 읽을 때 순차적으로 데이타를 읽는다면 지그재그 순서로 읽어내는 것과 동일하게 되어 신호처리에는 전혀 문제가 없게 된다.

본 발명에서는 기존의 가변길이 부호화 테이블을 인덱싱하여 순서대로 배열한 것에 가변길이 부호를 대응시켜 놓은 재배열된 가변길이 부호화 테이블을 구비하고, 입력값을 인덱스값으로 변환하여 그 인덱스값에 해당하는 가변길이 코드를 즉각적으로 읽어서 출력할 수 있도록 함으로써 MPEG2 엔코더의 가변길이 부호화기가 부호화를 실시간 고속 처리할 수 있다.

또한 본 발명에서는 기존에는 가변길이 부호화기가 지그재그 스캐닝 순서로 데이타를 읽어내던 것을 순차적으로 메모리에 저장해놓고 한번에 여러개의 데이타를 읽어낼 수 있도록 함으로써 MPEG2 엔코더의 가변길이 부호화를 고속 실시간 처리할 수 있다.

도1은 MPEG2 부호화기의 블럭 구성도

도2a는 종래의 부호화기에서 지그재그 스캔을 나타낸 도면

도2b는 본 발명의 부호화기에서 순차적 스캔을 나타낸 도면

도3은 본 발명에 의한 가변길이 부호화기의 블럭 구성도

도4는 본 발명을 적용할 가변길이 부호화기 테이블 구조의 일예를 나타낸 도면

도5는 본 발명에 의해서 재배열된 가변길이 부호화기 테이블 구조의 일예를 나타낸 도면

Claims

블럭 단위로 데이타를 입력받아 데이타 변환(transform)과 양자화를 수행하여 압축 부호화하는 가변길이 부호화기에 있어서,

가변길이 부호화 테이블의 가변길이 코드값:입력값의 대응구조에서 입력값을 인덱싱하여 순차적으로 배열하고 이 재배열된 인덱스값:가변길이 코드값을 맵핑시킨 테이블 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 가변길이 부호화기.
제 1 항에 있어서, 상기 인덱스값은 '0'부터 일정한 레벨까지의 값을 순차적으로 가지며 재배열된 인덱스값에서 해당 가변길이 코드값이 없는 경우에는 '0'값을 코드값으로 할당하여 중간중간에 없는 값이 없도록 한 구조인 것을 특징으로 하는 가변길이 부호화기.
블럭 단위로 데이타를 입력받아 데이타 변환(transform)과 양자화를 수행하여 압축 부호화하는 방법에 있어서,

가변길이 부호화 테이블의 가변길이 코드값:입력값의 대응구조에서 입력값을 인덱싱하여 순차적으로 배열하고 이 재배열된 인덱스값:가변길이 코드값을 맵핑시킨 구조의 가변길이 부호화 테이블을 가지고, 입력값을 인덱스값으로 변환하는 단계와, 상기 변환된 인덱스값에 대응하는 가변길이 코드값을 상기 재배열된 가변길이 부호화 테이블에서 읽어내서 출력하는 단계로 제어함을 특징으로 하는 가변길이 부호화 방법.
제 3 항에 있어서, 상기 가변길이 부호화를 위해 입력되는 값은 지그재그 스캐닝 순서를 가지면서 메모리에는 순차적으로 저장된 값인 것을 특징으로 하는 가변길이 부호화 방법.