KR100585635B1 - 비트 할당 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 비트 할당 방법에 관한 것으로 특히, 각 프레임과 프레임내의 블럭의 움직임을 추정함에 의해 움직임이 많은 영상과 움직임이 적은 영상에 따라 적응적으로 비트를 할당함으로써 화질의 열화를 제거하도록 함을 목적으로 한다. 이러한 본 발명은 현재 프레임의 움직임 오차(Current-SAD)와 이전 프레임까지의 움직임 평균 오차(Average-SAD)를 연산하여 현재 프레임까지의 움직임 평균 오차(Current-Average-SAD)를 산출하는 단계와, 프레임에 대한 상기 움직임 오차와 움직임 평균 오차의 비율(
Figure pat00001
)을 산출하여 현재 프레임의 타겟 비트량(Current-target-bits)을 산출하는 단계와, 상기 현재 프레임의 타겟 비트량(Current-target-bits)이 할당된 후 프레임내의 현재 블럭의 움직임 추정 오차(Current-MB-SAD)와 이전 블럭까지의 움직임 평균 오차(Average-MB-SAD)를 연산하여 현재 블럭까지의 움직임 평균 오차(Current-Average-MB-SAD)를 산출하는 단계와, 프레임 내 블럭에 대한 상기 움직임 오차와 움직임 평균 오차의 비율(

Description

비트 할당 방법
본 발명은 화상 회의 시스템에 관한 것으로 특히, 비트 할당 방법에 관한 것이다.
화상 회의를 위한 비디오 부호화/복호화 기술의 경우 표준화라는 과정을 통하여 현재 널리 이용되고 있다.
ITU-T 에서 정의한 표준화 권고안으로는 공중 통신망(PSTN)을 위한 비디오 부호화 표준안인 H.263, 종합정보 통신망(ISDN)을 위한 비디오 부호화 표준안인 H.261 등이 있다.
이러한 H.261, H.263 표준화 권고안을 만족하는 부호화기/복호화기를 구현하기 위한 노력이 진행되고 있으며 전체적인 속도(rate)를 조정하기 위한 속도 제어 방법에 대한 연구가 진행되고 있다.
상기 H.263 의 테스트 모델인 TMN 에 의한 속도 제어 방법은 각 프레임마다 일정한 값의 비트를 할당되며 각 매크로블럭마다 마찬가지로 일정한 비트량을 할당한다.
이렇게 할당된 비트량을 기준으로 각 매크로블럭마다 양자화 파라메터(QP)를 계산하여 양자화 과정에 사용함으로써 발생하는 비트량을 조절한다.
그러나, 상기의 방법은 다음과 같은 문제점이 있다.
(1) 복잡한 프레임과 움직임이 적은 프레임에 동일한 비트량을 할당함으로써 움직임이 많은 영상의 경우 화질의 열화가 발생한다.
(2) 각 매크로블럭에 대해서도 복잡도를 고려하지 않으므로 양자화 파라메터의 변화가 심하게 나타나며 이로 인한 화질의 열화가 나타난다.
여기서 화질의 열화는 하나의 프레임이 어느 부분에서는 화질이 좋으며 어느 부분에서는 화질이 좋지 못한 현상이 나타나는 것을 의미한다.
즉, 종래의 일정한 비트량을 할당하는 방법은 사용자의 입장에서 보면 움직임이 많은 경우 높은 양자화 파라메터의 값이 사용되므로 하나의 프레임내에서도 각 매크로 블럭에 대한 화질의 차이가 선명하게 드러나며 움직임이 적은 경우에는 비트의 낭비가 발생하는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 매 프레임마다 양자화 파라메터의 값을 일정하게 하는 방법이 제시되었다.
즉, 프레임마다 일정한 비트량을 할당하는 것이 아니라 일정한 화질을 할당하는 방법이 제시되었다.
그러나, 종래의 일정한 양자화 파라메터를 할당하는 방법은 전체적으로 프레임 속도를 가변함으로써 움직임이 많은 복잡한 영상의 경우 많은 비트가 발생하여 프레임 속도가 현저히 떨어지는 현상이 발생함으로 갑작스런 화면의 열화를 느끼게 하는 문제점이 있다.
따라서, 상기의 두가지 문제점을 해결하기 위하여 전체 비트량을 적절히 할당함으로써 움직임 변화에 다른 화질의 열화를 제거할 수 있는 방법을 필요로 한다.
본 발명은 종래의 문제점을 개선하기 위하여 각 프레임과 프레임내의 블럭의 움직임을 추정함에 의해 움직임이 많은 영상과 움직임이 적은 영상에 따라 적응적으로 비트를 할당함으로써 화질의 열화를 방지하도록 창안한 비트 할당 방법을 제공함에 목적이 있다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 현재 프레임의 움직임을 추정하는 단계와, 상기 추정된 프레임의 움직임 정도에 따라 현재 프레임의 타겟 비트량을 산출, 할당하는 단계와, 상기 현재 프레임의 타겟 비트량이 할당된 후 프레임을 이루는 복수개의 블럭에 대해 블럭의 움직임 정도에 따라 블럭의 타겟 비트량을 산출, 할당하는 단계를 수행함을 특징으로 한다.
상기 현재 프레임의 타겟 비트량을 산출하는 단계는 프레임의 움직임 추정에 의한 현재 프레임의 움직임 오차(Current-SAD)와 이전 프레임까지의 움직임 평균 오차(Average-SAD)에 상대적인 가중치를 각기 곱하고 그 곱셈결과를 합산하여 현재 프레임까지의 움직임 평균 오차(Current-Average-SAD)를 산출하는 과정과, 상기 산출한 현재 프레임까지의 움직임 평균 오차(Current-Average-SAD)와 현재 프레임의 움직임 오차(Current-SAD)의 비율(
Figure pat00003
)을 산출하는 과정과, 상기 오차 비율에 따라 현재 프레임의 타겟 비트량(Current-target-bits)을 산출하는 과정으로 이루어진다.
상기 현재 블럭의 타겟 비트량을 산출하는 단계는 현재 프레임의 타겟 비트량(Current-target-bits)이 할당된 프레임내의 블럭에 대해 움직임 추정에 의한 현재 블럭의 움직임 오차(Curent-MB-SAD)와 이전 블럭까지의 움직임 평균 오차(Average-MB-SAD)에 프레임의 움직임 평균 오차 연산과 동일한 방법으로 현재 블럭까지의 움직임 평균 오차(Current-Average-MB-SAD)를 산출하는 과정과, 상기 산출한 움직임 평균 오차(Current-Average-MB-SAD)와 현재 블럭의 움직임 오차(Current-MB-SAD)의 비율(
Figure pat00004
)을 산출하고 그 산출된 오차 비율에 블럭당 타겟비트량(
Figure pat00005
)을 곱하여 현재 블럭의 타겟비트량(Current-MB-target-bits)을 산출하는 과정으로 이루어진다.
이하, 본 발명을 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시예는 도 1의 신호 흐름도에 도시한 바와 같이, 복수개의 블럭으로 이루어진 각 프레임에 대해 현재 프레임의 움직임 오차(Current-SAD)를 추정하는 제1 단계와, 상기 추정된 현재 프레임의 움직임 오차(Current-SAD)와 이전 프레임까지의 움직임 평균 오차(Average-SAD)를 상대적인 가중치(A1, A2)를 각기 곱셈(Current-SAD * A2, Average-SAD * A1)한 후 합산하여 현재 프레임까지의 움직임 평균 오차(Current-Average-SAD)를 산출하는 제2 단계와, 상기 산출된 현재 프레임까지의 움직임 평균 오차(Current-Average-SAD)와 현재 프레임의 움직임 오차(Current-SAD)의 비율(
Figure pat00006
)을 산출하는 제3 단계와, 상기에서 산출된 비율(
Figure pat00007
)에 따라 현재 프레임의 타겟 비트량(Current-target-bits)을 산출하는 제4 단계와, 상기 현재 프레임의 타겟 비트량(Current-target-bits)이 할당된 프레임에서 이전 프레임에 대한 현재 블럭의 움직임 오차(Current-MB-SAD)를 추정하는 제5 단계와, 상기 추정된 현재 블럭의 움직임 오차(Current-MB-SAD)와 이전 블럭까지의 움직임 평균 오차(Average-MB-SAD)를 상대적인 가중치(B1, B2)를 각기 곱셈(Current-MB-SAD * B2, Average-MB-SAD * B1)한 후 합산하여 현재 블럭까지의 움직임 평균 오차(Current-Average-MB-SAD)를 산출하는 제6 단계와, 상기 산출된 현재 블럭까지의 움직임 평균 오차(Current-Average-MB-SAD)와 현재 블럭의 움직임 오차(Current-MB-SAD)의 비율(
Figure pat00008
)을 산출하는 제7 단계와, 상기 산출된 오차 비율(
Figure pat00009
)에 따라 현재 블럭의 타겟 비트량(Current-MB- target-bits)을 산출하는 제8 단계를 수행하도록 구성한다.
상기 제8 단계는 현재 블럭의 타겟 비트량(Current-MB-target-bits)을 소정값과의 비교('1'보다 큰지 또는 '블럭당 타겟비트량(
Figure pat00010
)'보다 작은지)를 통해 타겟 비트량의 값을 제한하는 과정을 포함한다.
이와같이 구성한 본 발명의 실시예에 대한 동작 및 작용 효과를 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 영상의 움직임량에 따라 다음과 같은 동작을 수행한다.
1. 움직임이 적은 영상에서 움직임이 많은 영상으로 변화될 때 갑작스런 프레임 속도의 저하를 막아야 함으로 갑작스럽게 많은 비트를 할당하지 않는다.
2. 움직임이 적은 영상이 계속적으로 나타나는 경우 비트의 손실을 막기 위해 프레임당 할당되는 비트량을 서서히 줄여 프레임 속도를 증가시킨다.
3. 움직임이 많은 영상에서 움직임이 적은 영상으로 변화될 때 갑작스런 프레임 속도의 증가를 막아야 함으로 갑작스럽게 적은 비트를 할당하지 않는다.
4. 움직임이 많은 영상이 계속되는 경우 어느 정도 일정한 화질을 보장하기 위해 프레임 속도를 저하시키기 위해 프레임당 비트량을 서서히 증가시킨다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 동작을 위해 다음과 같은 비트 할당 과정을 수행한다.
현재 부호화하는 프레임의 움직임을 추정하여 전체 프레임에 대한 움직임 오차(SAD ; Sum of Absolute Difference)의 값을 알 수 있다.
이전 프레임의 수가 현재 프레임에 비해 많으므로 현재 프레임까지의 움직임 평균 오차(Current-Average-SAD)는 각 프레임을 부호화 후 이전 프레임까지의 움직임 평균 오차(Average-SAD)에 가중치를 'A1(예로, 0.9)'로 부여하고 현재 프레임의 움직임 오차(Current-SAD)에 가중치를 'A2(예로, 0.1)'로 부여하여 아래 식과 같은 연산을 통해 계산한다.
Current-Average-SAD = A1 * Average-SAD + A2 * Current-SAD
상기에서 가중치(A1,A2)는 이전 프레임의 수가 많음을 감안하여 임의적으로 결정하며, A1>A2, A1+A2=1을 만족한다.
즉, 이전 프레임까지의 움직임 평균 오차(Average-SAD)와 현재 프레임의 움직임 오차(Current-SAD)를 선형 조합하여 현재 프레임까지의 움직임 평균 오차(Current-Average-SAD)를 계산한다.
상기 움직임 평균 오차(Current-Average-SAD)는 현재 프레임까지 부호화 과정중에 발생한 모든 움직임 오차(SAD)의 평균값을 의미한다.
이 후, 현재 프레임까지의 움직임 평균 오차(Current-Average-SAD)를 기준으로 현재 프레임의 부호화 시에 할당되는 비트량을 계산하는데, 먼저, 현재 프레임의 움직임 오차(Current-SAD)와 현재 프레임까지의 움직임 평균 오차(Current-Average-SAD)의 비율(
Figure pat00011
)을 구하여 그 비율(
Figure pat00012
)이 제1 소정값(예로, C1='2') 이상이거나 제2 소정값(예로, C2='0.5')이하인 경우 아래와 같은 값으로 결정한다.
Figure pat00013
>2 인 경우
Figure pat00014
=2,
Figure pat00015
<0.5 인 경우
Figure pat00016
=0.5
만일, 오차 비율(
Figure pat00017
)이 '0.5∼2'인 경우에는 그때의 값으로 결정한다.
이에 따라, 아래의 식과 같이 상기에서 결정된 오차 비율(
Figure pat00018
)의 값과 프레임당 타겟 비트량(
Figure pat00019
)를 곱하여 현재 프레임의 타겟 비트(Current-target-bits)를 구할 수 있다.
Current-target-bits =
Figure pat00020
이 후, 현재 프레임의 타겟 비트량(Current-terget-bits)을 할당한 후 각 프레임을 이루는 블럭에 대해서도 움직임 추정 후 현재 블럭까지의 움직임 평균 오차(Average-MB-SAD)를 현재 프레임까지의 움직임 평균 오차(Current-Average-SAD)를 구하는 방법과 동일한 방법으로 계산할 수 있다.
즉, 현재 블럭까지의 움직임 평균 오차(Current-Average-MB-SAD)를 아래 식과 같이 구할 수 있다.
Current-Average-MB-SAD = B1 * Average-MB-SAD + B2 * Current-MB-SAD
여기서, B1(예로, 0.9), B2(예로, 0.1)는 가중치로서 B1>B2, B1+B2=1의 조건을 만족한다.
이 후, 현재 블럭의 움직임 오차(Current-MB-SAD)와 현재 블럭까지의 움직임 평균 오차(Current-Average-MB-SAD)의 비율(
Figure pat00021
)을 구하고 아래의 식과 같이 상기 오차 비율(
Figure pat00022
)과 블럭당 타겟 비트량(
Figure pat00023
)을 곱하여 현재 블럭의 타겟 비트량(Current-MB-target-bits)를 구한다.
Current-MB-targetbits =
Figure pat00024
그리고, 현재 블럭의 타겟 비트량(Current-MB-target-bits)를 소정값('1'과 '
Figure pat00025
')과 비교하여 상기 현재 블럭의 타겟 비트량(Current-MB-target-bits)의 값을 제한할 수 있다.
즉, 현재 블럭의 타겟 비트량(Current-MB-target-bits)은 Current-MB-targetbits < 1 인 경우 '1'로 결정하고 Current-MB-target-bits >
Figure pat00026
인 경우
Figure pat00027
로 결정한다.
따라서, 상기에서 결정된 현재 프레임의 타겟 비트량(Current-target-bits)과 현재 블럭의 타겟 비트량(Current-MB-target-bits)을 이용하여 새로운 양자화 파라메터의 값을 구함으로써 화질의 열화를 제거할 수 있다.
상기에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 화상 회의 시스템과 같은 영상 처리 시스템에서 비디오 부호화 과정의 속도(rate)를 제어하기 위하여 각 프레임과 프레임을 구성하는 각 블럭의 움직임에 따라 비트를 할당하여 양자화 파라메터를 적절히 결정함으로써 화질의 열화를 제거할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예를 위한 신호 흐름도이다.

Claims (6)

  1. 현재 프레임의 움직임을 추정하는 제1 단계와,
    상기 추정된 프레임의 움직임 정도에 따라 현재 프레임의 타겟 비트량(Current-target-bits)을 산출, 할당하는 제2 단계와,
    상기 현재 프레임의 타겟 비트량(Current-target-bits)이 할당된 후 각 프레임을 이루는 복수개의 각 블럭의 움직임을 추정하는 제3 단계와,
    상기 추정된 블럭의 움직임 정도에 따라 현재 블럭의 타겟 비트량(Current-MB-target-bits)을 산출, 할당하는 제4 단계를 수행함을 특징으로 하는 비트 할당 방법.
  2. 제1항에 있어서, 현재 프레임의 타겟 비트량(Current-target-bits)을 산출하는 제2 단계는
    프레임의 움직임 추정에 의한 현재 프레임의 움직임 오차(Current-SAD)와 이전 프레임까지의 움직임 평균 오차(Average-SAD)에 상대적인 가중치를 각기 부여하여 연산함에 의해 현재 프레임까지의 움직임 평균 오차(Current-Average-SAD)를 산출하는 과정과,
    상기 산출한 현재 프레임까지의 움직임 평균 오차(Current-Average-SAD)와 현재 프레임의 움직임 오차(Current-SAD)의 비율(
    Figure pat00028
    )을 산출하는 과정과,
    상기 산출한 오차 비율(
    Figure pat00029
    )을 프레임당 타겟 비트량(
    Figure pat00030
    )에 곱하여 현재 프레임의 타겟 비트량(current-target-bits)을 산출하는 과정을 수행함을 특징으로 하는 비트 할당 방법.
  3. 제2항에 있어서, 현재 프레임까지의 움직임 평균 오차(Current-Average-SAD)는 현재 프레임의 움직임 오차에 가중치(A1)를 곱하고 현재 프레임까지의 움직임 평균 오차에 가중치(A2)를 곱하여 그 곱셈값을 합산하는 아래의 식과 같은 연산으로 구하는 것을 특징으로 하는 비트 할당 방법
    Current-Average-SAD = A1 * Average-SAD + A2 * Current-SAD
    (단, A1>A2, A1+A2=1)
  4. 제2항에 있어서, 움직임 오차 비율(
    Figure pat00031
    )은 서로 다른 2개의 소정값(C1, C2)과 비교하여 상기 소정값(C1) 이상인 경우 그 소정값(C1)으로 결정하고 소정값(C2) 이하인 경우 그 소정값(C2)으로 결정하는 것을 특징으로 하는 비트 할당 방법.(단, C1>C2, C1,C2는 양의 상수)
  5. 제1항에 있어서, 현재 블럭의 타겟 비트량(Current-MB-target-hits)을 산출하는 제4 단계는
    타겟 비트량(Current-target-bits)이 할당된 프레임내의 블럭에 대해 움직임 추정에 의한 현재 블럭의 움직임 오차(Curent-MB-SAD)와 이전 블럭까지의 움직임 평균 오차(Average-MB-SAD)에 상대적 가중치를 부여하여 연산함에 의해 현재 블럭까지의 움직임 평균 오차(Current-Average-MB-SAD)를 산출하는 과정과,
    상기 산출한 움직임 평균 오차(Current-Average-MB-SAD)와 현재 블럭의 움직임 오차(Current-MB-SAD)의 비율(
    Figure pat00032
    )을 산출하는 과정과,
    상기 산출한 오차 비율(
    Figure pat00033
    )을 블럭당 타겟 비트량(
    Figure pat00034
    )에 곱하여 현재 블럭의 타겟 비트량(Current-MB-target-bits)을 산출하는 과정을 수행하도록 구성함을 특징으로 하는 비트 할당 방법.
  6. 제5항에 있어서, 현재 블럭의 타겟 비트량(Current-MB-target-bits)은
    Current-MB-target-bits < 1 인 경우 '1'로 결정하고 Current-MB-tarrget-bits > 블럭당 타겟 비트량(
    Figure pat00035
    ) 인 경우
    Figure pat00036
    로 결정하는 것을 특징으로 하는 비트 할당 방법.
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