KR100594056B1 - 효율적인 비트율 제어를 위한 ｈ．263/ｍｐｅｇ 비디오인코더 및 그 제어 방법 - Google Patents

효율적인 비트율 제어를 위한 ｈ．263/ｍｐｅｇ 비디오인코더 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속하는 기술분야
본 발명은 본 발명은 이동통신 단말기에 있어서 멀티미디어 데이터 서비스에 관한 것으로 특히, 이산 코사인 변환(DCT : Discrete Cosine Transform)을 이용한 H.263/MPEG 비디오 인코더에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은 움직임 예측을 통한 입도 분석을 통하여 양자화값을 제어하고 출력시의 효율적인 비트율 제어가 가능한 H.263/MPEG 비디오 인코더 및 그 제어방법를 제공하는데 그 목적이 있음.
3. 발명의 해결 방법의 요지
본 발명은, 입력 영상(N-1)을 이산 코사인 변환(DCT)하고 이를 양자화(Q)하여 비디오 스트림으로 출력하고, 상기 양자화된 신호에 대해 역양자화(IQ) 및 역 이산 코사인 변환(IDCT)을 통해 디코딩하여 다음 입력 영상(N)과의 비교를 통한 움직임 예측을 수행하는 H.263/MPEG 비디오 인코더에 있어서, 상기 움직임 예측을 수행한 결과를 이용하여 입도를 분석하는 입도 분석부; 상기 입도 분석부에 의한 분석 결과에 따라, 상기 양자화를 위한 양자화값을 제어하는 입도 제어부; 및 상기 비디오 스트림의 출력에 대한 프레임 속도를 제어하는 프레임 레이트 제어부를 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 이동통신 단말기의 멀티미디어 서비스 등에 이용됨.
DCT, H.263/MPEG, 입도분석, 프레임 레이트

Description

효율적인 비트율 제어를 위한 Ｈ．263/ＭＰＥＧ 비디오 인코더 및 그 제어 방법{H.263/MPEG Video Encoder for Effective Bits Rate Control and Its Control Method}
도 1 은 일반적인 H.263/MPEG 비디오 인코더의 일실시예 구성도.
도 2 는 비트율 제어를 위한 인코딩 단위의 예시도.
도 3 은 본 발명에 따른 효율적인 비트율 제어를 위한 H.263/MPEG 비디오 인코더의 입도 분석부 및 입도 제어부의 기능에 대한 일실시예 동작 흐름도.
도 4 는 본 발명에 따른 효율적인 비트율 제어를 위한 H.263/MPEG 비디오 인코더의 프레임 레이트 제어부의 기능에 따른 프레임 레이트 제어 과정에 대한 일실시예 동작 흐름도.
도 5 는 본 발명에 따른 효율적인 비트율 제어를 위한 H.263/MPEG 비디오 인코더의 일실시예 구성도.
본 발명은 이동통신 단말기에 있어서 멀티미디어 데이터 서비스에 관한 것으로 특히, 이산 코사인 변환(DCT : Discrete Cosine Transform)을 이용한 H.263/MPEG 비디오 인코더에 관한 것이다.
양방향 동영상 통화를 할 수 있는 이동통신 단말기에서는 고정 비트율로 통신을 할 수 있도록 비디오 인코더에서 비트율을 제어하고 있다. 현재 3GPP(3rd Generation Partnership Project)나 국내 이동통신 사업자들의 경우 동영상 인코더로서 H.263과 MPEG(Motion Pcture Ecperts Group) 4를 사용하도록 표준안을 세워 놓고 권고하고 있다. 이들 표준 비디오 인코더의 압축 원리는 이산코사인변환과 움직임 예측에 기초하고 있기 때문에 영상의 특성에 따라 압축률이 달라지는데, 이에 따른 기민한 비트율 제어 기술은 구현이 매우 어렵다. 따라서, 표준 스펙에는 양자화 단계값의 변화를 통해 영상의 압축률을 제어할 수 있도록 하는 방안을 권고하고 있다.
도 1 은 일반적인 H.263/MPEG 비디오 인코더의 일실시예 구성도이다.
도 1 에 도시된 바와 같이, 일반적인 H.263/MPEG 비디오 인코더는 프레임 단위의 영상 정보를 입력받아 이를 저장하는 원본 저장부(101), 원본 저장부(101)로부터의 영상 정보를 첫 프레임은 바로 DCT부(104)로 전달하고 나머지 프레임인 경우는 엠시디 저장부(114)에 저장된 움직임 보상된 정보와의 연산(102)을 통해 DCT부(104)로 전달하는 제 1 스위치(103), 이산 코사인 변환을 수행하는 DCT부(104), DCT부(104)의 출력을 양자화하는 양자화부(Q)(105), 양자화된 데이터를 역양자화하는 역양자화부(IQ)(106), 역양자화부(106)의 출력을 역 이산 코사인 변환하는 IDCT부(107), 엠시디 저장부(114)에 저장된 이전 프레임(n-1)의 움직임 보상된 정보와 IDCT부(107)를 통한 디코딩된 당 프레임(n)의 디코딩 정보를 결합하는 결합기(110), 다음 프레임(n)을 위한 디코딩 정보를 저장하는 리콘 저장부(Recon Memory: Reconstruction Memory)(111), 리콘 저장부(111)에 저장된 이전 프레임(n-1)의 디코딩 정보와 당 프레임(n)의 원본 영상을 입력받아 움직임 예측을 위한 움직임 벡터와 디퍼렌셜 이미지를 출력하는 움직임 예측부(112), 리콘 저장부(111)에 저장된 이전 프레임(n-1)의 디코딩 정보에 움직임 예측부(112)의 출력을 받아 움직임을 보상하는 움직임 보상부(113), 움직임 보상된 이전 프레임(n-1)을 저장하는 엠시디 저장부(Mced Memory: Motion compensated Memory)(114), 입력되는 영상 정보가 인트라(Intra)/인터(Inter) 및 스킵(Skipped)임에 따라 비트율 제어를 위한 양자화값을 양자화부(Q)(105)로 전달하는 QP저장부(116), 양자화부(Q)(105)로부터의 인코딩된 데이터를 저장하는 DCTQ(DCT and Quantized)저장부(108) 및 자주 나오는 값을 작은 비트로 할당하고 가끔 나오는 값일수록 큰 비트로 할당하도록 하는 엔트로피 코딩을 위한 VLC부(109)를 포함한다.
이와 같은 구성에서 양자화부(105)에서의 양자화값이 결정됨에 따라, 양자화값보다 작은 값은 모두 '0'이 된다. 즉, 양자화값은 일정한 범위의 값을 가지면서, 이산 코사인 변환을 거친 블록 내의 계수들을 나누어서 그 몫을 취하게 하는 값으로, 그 값이 커지면 오차가 커져서 화질이 저하되지만 압축 효과는 크게 된다. 반대로 그 값이 작아지면 오차가 작아 화질이 저하되지 않지만 압축 효과는 줄어들게 된다. 따라서, 이러한 양자화값을 어떻게 결정하여 어느 부분까지를 손실로 처리하느냐 하는 문제가 중요한 문제로 대두된다.
또한, H.263 비트 스트림으로 출력되는 도 1 의 출력을 고려하면, H.263 코덱 표준안에 의해 비트율 제어를 하기 위해서는 최소 매크로 블록 단위에서부터 또는 그 이상의 단위로 인코딩을 하면서 주어진 대역폭에서 할당한 비트율과의 차이를 계산하여 양자화값을 가감하도록 한다.
도 2 는 비트율 제어를 위한 인코딩 단위의 예시도이다.
도 2(a)는 프레임 단위의 인코딩으로 이 경우 하나의 프레임에 대한 비트율 제어는 1회에 한정된다. 그리고, 도 2(b)는 GOB(Group of Blocks)단위(블록 6개 = 매크로블록, 매크로블록 11개 = GOB, QCIF(Quarter Common Intermediate Format)형식 기준)의 인코딩으로 이 경우 하나의 프레임에 대한 비트율 제어는 9회이다. 그리고, 도 2(c)는 매크로블록 단위의 인코딩으로 이 경우 하나의 프레임에 대한 비트율 제어는 9 x 11회이다.
일반적으로 양자화값은 최상의 경우, 도 2(c)와 같이 매크로블록 단위로 갱신이 가능하기 때문에 비트율 제어를 매크로블록 단위로 하게 되면 가장 좋지만, 이의 영향을 받는 DCT 하드웨어 블록의 특성상 수반되는 오버헤드가 너무 커서 구현하기 어렵다.
그리고, 도 2(a)와 같은 프레임 단위일 경우는 비트율 제어가 너무 한정되어서 손실이 너무 크게 되거나 또는 불필요한 연산이 너무 많아질 우려가 있어 잘 사용되지 않는다.
그리고, 도 2(b)와 같은 GOB 단위의 비트율 제어가 일반적으로 많이 사용되 는데, 그 동작은 다음과 같다.
우선, 입력되는 프레임 전체에 대해 움직임 예측을 하여, 움직임 벡터 및 SAD(Sum of Absolute Differences)를 출력하고, 매크로블록 단위로 SAD에 의해 각 매크로블록들의 코딩 형식을 결정한다. 그리고, GOB 단위로 인터(Inter) 형식의 매크로블록에 대하여 움직임 벡터에 따른 디퍼렌셜 이미지(differential image) 생성한다. 그리고, GOB 단위로 발생된 비트량 체크 후 비트율 계산하여 양자화값을 갱신한다.
그러나, GOB 단위의 비트율 제어도 비트량의 변화가 커서, 움직임이 큰 경우나 장면 변화가 발생하는 경우에는 비트량이 증가하여 9 회의 비트율 제어로는 대역폭을 초과하는 경우가 많이 발생하게 된다.
또한, 움직임이 작은 경우나 장면이 이어지는 경우에는 비트량이 감소하여 대역폭이 낭비된다.
게다가, 이전 GOB가 비트량을 많이 소모했을 경우, 다음 GOB에 할당된 비트량이 부족하기 때문에 전체가 화질이 나빠지게 된다. 그리고, GOB 전체에 동일한 양자화 단계가 적용되기 때문에, 정밀 묘사가 필요한 부분과 그렇지 못한 부분의 구분이 없어진다(예컨데, 하늘과 자막이 같이 양자화가 진행되어, 하늘은 지나치게 정밀하고, 자막은 읽기 곤란하게 된다.). 그리고, GOB 단위로 주기적으로 화질이 변화하게 되는 문제점이 발생한다.(예컨데, 이전 GOB가 비트량 초과->현재 GOB에 큰 양자화 적용[화질 저하]-> 현재 GOB 비트량 큰 감소-> 다음 GOB 작은 양자화 적용[화질 양호] -> 다음 GOB 비트량 초과) 마지막으로, 발생되는 비트량의 변화가 커서 인코더와 디코더 뿐 아니라 전송을 담당하는 H.324M 및 모뎀칩의 버퍼 크기를 크게 설계하도록 만드는 문제점이 있다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 움직임 예측을 통한 입도 분석을 통하여 양자화값을 제어하고 출력시의 효율적인 비트율 제어가 가능한 H.263/MPEG 비디오 인코더 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은, 주어진 대역폭을 최대한 활용하고, 가능한 한 화질을 유지하도록 하는 비디오 인코더를 제공한다.
또한, 본 발명은, 실시간 동영상 통화의 목적에 부합하도록 코딩 및 전송 지연을 최소화하여야 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 입력 영상(N-1)을 이산 코사인 변환(DCT)하고 이를 양자화(Q)하여 비디오 스트림으로 출력하고, 상기 양자화된 신호에 대해 역양자화(IQ) 및 역 이산 코사인 변환(IDCT)을 통해 디코딩하여 다음 입력 영상(N)과의 비교를 통한 움직임 예측을 수행하는 H.263/MPEG 비디오 인코더에 있어서, 상기 움직임 예측을 수행한 결과를 이용하여 입도를 분석하는 입도 분석부; 상기 입도 분석부에 의한 분석 결과에 따라, 상기 양자화를 위한 양자화값을 제어 하는 입도 제어부; 및 상기 비디오 스트림의 출력에 대한 프레임 속도를 제어하는 프레임 레이트 제어부를 포함한다.
또한, 본 발명은, 입력 영상(N-1)을 이산 코사인 변환(DCT)하고 이를 양자화(Q)하여 비디오 스트림으로 출력하고, 상기 양자화된 신호에 대해 역양자화(IQ) 및 역 이산 코사인 변환(IDCT)을 통해 디코딩하여 다음 입력 영상(N)과의 비교를 통한 움직임 예측을 수행하는 H.263/MPEG 비디오 인코더에서의 양자화값 제어 방법에 있어서, 상기 움직임 예측을 통하여 인트라(Intra) 형식의 매크로블록의 수를 산출하여 그 갯수가 제 1 소정의 값보다 큰 경우, 매크로블록 단위로 비트율을 제어하는 양자화를 하는 제 1 단계; 상기 움직임 예측을 통하여 인트라 형식의 매크로블록의 수를 산출하여 그 갯수가 제 1 소정의 값 이하인 경우, 인터(Inter) 형식의 매크로블록의 SAD의 합을 산출하고 그 값이 제 2 소정의 값 이하인 경우, GOB 단위로 비트율을 제어하는 양자화를 하는 제 2 단계; 상기 제 2 단계에서 인터 형식의 매크로블록의 SAD의 합을 산출하고 그 값이 제 2 소정의 값보다 큰 경우, 움직임 벡터들의 절대값의 합을 산출하고 그 값이 제 3 소정의 값보다 큰 경우, 매크로블록 단위로 비트율을 제어하는 양자화를 하는 제 3 단계; 및 상기 제 2 단계에서 인터 형식의 매크로블록의 SAD의 합을 산출하고 그 값이 제 2 소정의 값보다 큰 경우, 움직임 벡터들의 절대값의 합을 산출하고 그 값이 제 3 소정의 값 이하인 경우, GOB 단위로 비트율을 제어하는 양자화를 하는 제 2 단계를 포함한다.
또한, 본 발명은, 입력 영상(N-1)을 이산 코사인 변환(DCT)하고 이를 양자화(Q)하여 비디오 스트림으로 출력하고, 상기 양자화된 신호에 대해 역양자화(IQ) 및 역 이산 코사인 변환(IDCT)을 통해 디코딩하여 다음 입력 영상(N)과의 비교를 통한 움직임 예측을 수행하는 H.263/MPEG 비디오 인코더의 출력 프레임 레이트 제어 방법에 있어서, 상기 입력 영상의 프레임에 대한 인코딩이 완료되었는지를 확인하여 프레임당 할당된 대역폭을 계산하는 제 1 단계; 제 1 단계의 대역폭이 계산된 상기 프레임당 할당된 대역폭을 이용하여, 상기 인코딩에 따라 초과된 프레임당 비트량을 계산하여 그 값이 "0"보다 크면, 이전의 마진을 "0"으로 하고,그 값이 "0"이하이면, 이전의 마진을 상기 계산된 초과된 프레임당 비트량으로 하는 제 2 단계; 및 상기 초과된 프레임당 비트량에 의한 출력 지연 시간을 계산하여 상기 프레임의 출력 대기 시간에 상기 출력 지연 시간을 추가로 대기한 후 상기 입력 영상에 대한 비디오 스트림을 출력하는 제 3 단계를 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 5 는 본 발명에 따른 효율적인 비트율 제어를 위한 H.263/MPEG 비디오 인코더의 일실시예 구성도이다.
도 5 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 효율적인 비트율 제어를 위한 H.263/MPEG 비디오 인코더는 프레임 단위의 영상 정보를 입력받아 이를 저장하는 원본 저장부(101), 원본 저장부(101)로부터의 영상 정보를 첫 프레임은 바로 DCT부(104)로 전달하고 나머지 프레임인 경우는 엠시디 저장부(114)에 저장된 움직임 보상된 정보와의 연산(102)을 통해 DCT부(104)로 전달하는 제 1 스위치(103), 이산 코사인 변환을 수행하는 DCT부(104), DCT부(104)의 출력을 양자화하는 양자화부(Q)(105), 양자화된 데이터를 역양자화하는 역양자화부(IQ)(106), 역양자화부(106)의 출력을 역 이산 코사인 변환하는 IDCT부(107), 엠시디 저장부(114)에 저장된 이전 프레임(n-1)의 움직임 보상된 정보와 IDCT부(107)를 통한 디코딩된 당 프레임(n)의 디코딩 정보를 결합하는 결합기(110), 다음 프레임(n)을 위한 디코딩 정보를 저장하는 리콘 저장부(Recon Memory: Reconstruction Memory)(111), 리콘 저장부(111)에 저장된 이전 프레임(n-1)의 디코딩 정보와 당 프레임(n)의 원본 영상을 입력받아 움직임 예측을 위한 움직임 벡터와 디퍼렌셜 이미지를 출력하는 움직임 예측부(112), 리콘 저장부(111)에 저장된 이전 프레임(n-1)의 디코딩 정보에 움직임 예측부(112)의 출력을 받아 움직임을 보상하는 움직임 보상부(113), 움직임 보상된 이전 프레임(n-1)을 저장하는 엠시디 저장부(Mced Memory: Motion compensated Memory)(114), 입력되는 영상 정보가 인트라(Intra)/인터(Inter) 및 스킵(Skipped)임에 따라 비트율 제어를 위한 양자화값을 양자화부(Q)(105)로 전달하는 QP저장부(116), 양자화부(Q)(105)로부터의 인코딩된 데이터를 저장하는 DCTQ(DCT and Quantized)저장부(108) 및 자주 나오는 값을 작은 비트로 할당하고 가끔 나오는 값일수록 큰 비트로 할당하도록 하는 엔트로피 코딩을 위한 VLC부(109)를 포함하는 일반적인 H.263/MPEG 비디오 인코더에 움직임 예측부(112)를 포함하는 도 1 의 구성에 움직임 예측부(112)의 출력값을 이용하여 양자화값을 분석하는 입도 분석부(501), 입도 분석부(501)의 출력에 의해 양자화값을 제어하는 입도(granularity) 제어부(502) 및 출력부의 프레임 레이트를 제어하는 프레임 레이트 제어부(503)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 5에 있어서도 양자화부(105)에서의 양자화값이 결정됨에 따라, 양자화값보다 작은 값은 모두 '0'이 된다. 즉, 양자화값은 일정한 범위의 값을 가지면서, 이산 코사인 변환을 거친 블록 내의 계수들을 나누어서 그 몫을 취하게 하는 값으로, 그 값이 커지면 오차가 커져서 화질이 저하되지만 압축 효과는 크게 된다. 반대로 그 값이 작아지면 오차가 작아 화질이 저하되지 않지만 압축 효과는 줄어들게 된다. 따라서, 이러한 양자화값을 어떻게 결정하여 어느 부분까지를 손실로 처리하느냐 하는 문제가 중요한 문제로 대두된다.
도 5 에 도시된 본 발명에서는 움직임 예측 과정에서 SAD(Sum of Absolute Difference)값과 이 값을 기초로 결정된 매크로블록의 인코딩 형식 및 움직임 벡터값 크기의 변화를 감지하여, 프레임 내에서 비트량의 증가가 예상되는 GOB를 미리 파악하여, 해당 GOB의 비트율 제어를 효율적으로 처리하도록 상황에 맞게 적응적으로 처리하는 구조를 도입하고, 최종적으로 프레임 단위의 할당된 대역폭에 따른 프레임의 생성 속도를 조절함으로써 정확한 양의 비트 스트림을 생성시킬 수 있을 뿐 아니라, 화질 관리를 효율적으로 할 수 있게 된다.
좀 더 상세히 그 동작을 살펴보면, 입도 분석부(501)는 움직임 예측부(112)에서 움직임 예측을 실행 한 후 GOB 단위로 인트라(Intra) 형식의 매크로블록의 갯수, 인터(Inter) 형식의 매크로블록에 대한 SAD값 및 움직임 벡터의 평균값을 분석 하여 저장한다.
그리고, 입도 제어부(502)는 이산 코사인 변환(DCT) 및 양자화(Q)를 실행하기 전, 비트율 제어 방식을 각 GOB에 대하여 GOB단위로 할 것인지, 매크로블록 단위로 할 것인지를 입도 분석부(501)에서의 저장된 값을 토대로 결정하고 제어한다.
그 제어의 내용을 살펴보면, 비트율이 많이 발생할 가능성이 클수록(즉, Intra 형식의 경우이거나 움직임이 심한 경우 등) 작은 단위로 인코딩 하게 되므로, 인코딩 속도가 느려지게 된다. 이것은 단위 시간당 출력되는 비트량의 조절에 순기능을 하는 부가 효과(side effect)로 작용한다.
그리고, 프레임 레이트 제어부(503)는 한 프레임의 인코딩을 마친 뒤, 프레임 당 할당된 비트량을 초과한 경우, 원래 계획된 출력지연시간을 초과량의 비율 만큼 증가시키고, 만약 할당량에 미치지 못 했을 경우, 다음 프레임에서 사용되도록 제어한다.
도 3 은 본 발명에 따른 효율적인 비트율 제어를 위한 H.263/MPEG 비디오 인코더의 입도 분석부 및 입도 제어부의 기능에 대한 일실시예 동작 흐름도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 입도 제어를 위하여는 우선 인트라(Intra) 형식의 매크로블록의 수를 산출한다(301). 그리고, 그 값이 임계값보다 큰지를 확인하여(302), 임계값보다 크면 매크로블록 단위의 비트율 제어를 하는 작은 양자화를 하고(307), 임계값보다 작으면 인터(Inter) 형식의 매크로블록의 SAD의 합을 구한다(303).
그리고, 인터 형식의 매크로블록의 SAD의 합이 임계값보다 큰지를 확인하여(304), 임계값보다 크면 움직임 벡터들의 절대값의 합을 구한다(305). 반면, 임계값보다 작으면 GOB 단위의 비트율 제어를 하는 큰 양자화를 수행한다(308).
그리고, 움직임 벡터들의 절대값의 합이 임계값보다 큰지를 확인하여(306), 임계값보다 크면 매크로블록 단위의 비트율 제어를 하는 작은 양자화를 하고(307), 임계값보다 작으면 GOB 단위의 비트율 제어를 하는 큰 양자화를 수행한다(308).
도 4 는 본 발명에 따른 효율적인 비트율 제어를 위한 H.263/MPEG 비디오 인코더의 프레임 레이트 제어부의 기능에 따른 프레임 레이트 제어 과정에 대한 일실시예 동작 흐름도이다.
도 4 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 프레임 레이트 제어를 위해서는 우선, 인코딩이 완료되었는지를 확인하여(401), 완료되지 않았으면 사전에 설정된 단위 시간 동안 대기하고(402), 완료되었으면 프레임당 할당되어 있는 대역폭을 계산한다(403). 여기서, 프레임당 할당된 대역폭은 하기의 <수학식 1>과 같다.
프레임당 할당된 대역폭 = 통신 대역폭(bps)/초당 프레임 최대 속도(fps)*Intra할증+이전의 마진
여기서, Intra할증은 매크로블록 타입이 인트라이면 2, 인터이면 (N-2)/(N-1), N은 인터-인트라의 간격으로 최소 10임.
그리고, 초과된 프레임당 비트량을 계산한다(404). 여기서 초과된 프레임당 비트량은 인코딩된 프레임의 크기-프레임당 할당된 대역폭을 의미한다.
그리고, 계산된 초과된 프레임당 비트량이 "0"보다 크면(405), 이전의 마진을 "0"으로 한다(407). 반면, 계산된 초과된 프레임당 비트량이 "0"보다 작으면(405), 이전의 마진을 "초과된 프레임당 비트량"으로 한다(406).
그리고, 출력지연 시간을 계산한다(408). 여기서 출력 지연 시간은 <수학식 2>와 같다.
출력 지연 시간 = 할당된 인코딩 시간(1 / 초당 프레임 최대 속도) * (초과된 프레임당 비트량 / 프레임당 할당된 대역폭)
그리고, 출력 대기 시간과 출력 지연 시간의 합만큼 지연한 후(409) 비디오 스트림을 출력한다(410). 여기서의 출력 대기 시간은 <수학식 3>와 같다.
출력 대기 시간 = 할당된 인코딩 시간(1 / 초당 프레임 최대 속도) - 실제 인코딩 시간
이상에서와 같이, 본 발명에서는 움직임 예측 과정에서 SAD(Sum of Absolute Difference)값과 이 값을 기초로 결정된 매크로블록의 인코딩 형식 및 움직임 벡터 값 크기의 변화를 감지하여, 프레임 내에서 비트량의 증가가 예상되는 GOB를 미리 파악하여, 해당 GOB의 비트율 제어를 효율적으로 처리하도록 상황에 맞게 적응적으로 처리하는 구조를 도입하고, 최종적으로 프레임 단위의 할당된 대역폭에 따른 프레임의 생성 속도를 조절함으로써 정확한 양의 비트 스트림을 생성시킬 수 있을 뿐 아니라, 화질 관리를 효율적으로 할 수 있게 된다.
상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(씨디롬, 램, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
상기와 같은 본 발명은, 효율적인 비트율 제어가 가능한 H.263/MPEG 비디오 인코더 및 그 제어방법을 제공하여 주어진 대역폭을 최대한 활용하고, 가능한 한 화질을 유지하도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 코딩 및 전송 지연을 최소화하여 실시간 동영상 통화의 목적에 부합하도록 하는 효과가 있다.

Claims (9)

  1. 입력 영상(N-1)을 이산 코사인 변환(DCT)하고 이를 양자화(Q)하여 비디오 스트림으로 출력하고, 상기 양자화된 신호에 대해 역양자화(IQ) 및 역 이산 코사인 변환(IDCT)을 통해 디코딩하여 다음 입력 영상(N)과의 비교를 통한 움직임 예측을 수행하는 H.263/MPEG 비디오 인코더에 있어서,
    상기 움직임 예측을 수행한 결과에 의해 입도를 분석하는 입도 분석부;
    상기 입도 분석부에 의한 분석 결과에 따라, 비트율이 많이 발생할 가능성이 클수록 작은 단위로 양자화를 하도록 상기 양자화를 제어하는 입도 제어부; 및
    하나의 프레임에 대한 인코딩을 마친 뒤, 사전에 설정된 프레임 당 할당된 비트량을 초과한 경우에는 원래 계획된 출력지연시간을 초과량의 비율만큼 증가시키고, 만약 할당량에 미치지 못했을 경우에는 다음 프레임에서 여분의 비트량이 사용되도록 상기 비디오 스트림의 출력에 대한 프레임 속도를 제어하는 프레임 레이트 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 효율적인 비트율 제어를 위한 H.263/MPEG 비디오 인코더.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 입도 분석부는, GOB 단위로 인트라(Intra) 형식의 매크로블록의 개수, 인터(Inter) 형식의 매크로블록에 대한 SAD값 및 움직임 벡터의 크기의 변화에 의해 상기 입도를 분석하는 것을 특징으로 하는 효율적인 비트율 제어를 위한 H.263/MPEG 비디오 인코더.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 입도 제어부는, 상기 입력 영상에 대한 이산 코사인 변환(DCT) 및 양자화(Q)를 실행하기 전, 비트율 제어를 각 GOB에 대하여 GOB단위로 할 것인지, 매크로블록 단위로 할 것인지를 결정하여 상기 양자화를 제어하는 것을 특징으로 하는 효율적인 비트율 제어를 위한 H.263/MPEG 비디오 인코더.
  4. 삭제
  5. 입력 영상(N-1)을 이산 코사인 변환(DCT)하고 이를 양자화(Q)하여 비디오 스트림으로 출력하고, 상기 양자화된 신호에 대해 역양자화(IQ) 및 역 이산 코사인 변환(IDCT)을 통해 디코딩하여 다음 입력 영상(N)과의 비교를 통한 움직임 예측을 수행하는 H.263/MPEG 비디오 인코더에서의 양자화값 제어 방법에 있어서,
    상기 움직임 예측을 통하여 인트라(Intra) 형식의 매크로블록의 개수를 산출하여 그 개수가 제 1 소정의 값보다 큰 경우, 매크로블록 단위로 비트율을 제어하는 양자화를 하는 제 1 단계;
    상기 움직임 예측을 통하여 인트라 형식의 매크로블록의 개수를 산출하여 그 개수가 제 1 소정의 값 이하인 경우, 인터(Inter) 형식의 매크로블록의 SAD의 합을 산출하고 그 값이 제 2 소정의 값 이하인 경우, GOB 단위로 비트율을 제어하는 양자화를 하는 제 2 단계;
    상기 제 2 단계에서 인터 형식의 매크로블록의 SAD의 합을 산출하고 그 값이 제 2 소정의 값보다 큰 경우, 움직임 벡터들의 절대값의 합을 산출하고 그 값이 제 3 소정의 값보다 큰 경우, 매크로블록 단위로 비트율을 제어하는 양자화를 하는 제 3 단계; 및
    상기 제 2 단계에서 인터 형식의 매크로블록의 SAD의 합을 산출하고 그 값이 제 2 소정의 값보다 큰 경우, 움직임 벡터들의 절대값의 합을 산출하고 그 값이 제 3 소정의 값 이하인 경우, GOB 단위로 비트율을 제어하는 양자화를 하는 제 2 단계를 포함하는 H.263/MPEG 비디오 인코더에서의 양자화값 제어 방법.
  6. 입력 영상(N-1)을 이산 코사인 변환(DCT)하고 이를 양자화(Q)하여 비디오 스 트림으로 출력하고, 상기 양자화된 신호에 대해 역양자화(IQ) 및 역 이산 코사인 변환(IDCT)을 통해 디코딩하여 다음 입력 영상(N)과의 비교를 통한 움직임 예측을 수행하는 H.263/MPEG 비디오 인코더의 출력 프레임 레이트 제어 방법에 있어서,
    상기 입력 영상의 프레임에 대한 인코딩이 완료되었는지를 확인하여 프레임당 할당된 대역폭을 계산하는 제 1 단계;
    제 1 단계의 대역폭이 계산된 상기 프레임당 할당된 대역폭을 이용하여, 상기 인코딩에 따라 초과된 프레임당 비트량을 계산하여 그 값이 "0"보다 크면, 이전의 마진을 "0"으로 하고,그 값이 "0"이하이면, 상기 이전의 마진을 상기 계산된 초과된 프레임당 비트량으로 하는 제 2 단계; 및
    상기 초과된 프레임당 비트량에 의한 출력 지연 시간을 계산하여 상기 프레임의 출력 대기 시간에 상기 출력 지연 시간을 추가로 대기한 후 상기 입력 영상에 대한 비디오 스트림을 출력하는 제 3 단계를 포함하는 H.263/MPEG 비디오 인코더에서의 프레임 레이트 제어 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 프레임당 할당된 대역폭은 <수학식 4>와 같은 것을 특징으로 하는 H.263/MPEG 비디오 인코더에서의 프레임 레이트 제어 방법.
    Figure 112006005138928-pat00001
    여기서, Intra할증은 매크로블록 타입이 인트라이면 2, 인터이면 (N-2)/(N-1), N은 인터-인트라의 간격으로 최소 10임.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 출력 지연 시간은, <수학식 5>와 같은 것을 특징으로 하는 H.263/MPEG 비디오 인코더에서의 프레임 레이트 제어 방법.
    출력 지연 시간 = 할당된 인코딩 시간(1 / 초당 프레임 최대 속도) * (초과된 프레임당 비트량 / 프레임당 할당된 대역폭)
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 출력 대기 시간은, <수학식 6>과 같은 것을 특징으로 하는 H.263/MPEG 비디오 인코더에서의 프레임 레이트 제어 방법.
    출력 대기 시간 = 할당된 인코딩 시간(1 / 초당 프레임 최대 속도) - 실제 인코딩시간
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