KR100635009B1 - Mothod and apparatus for motion estimation considering total moving of image - Google Patents
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Abstract
화면 전체의 움직임을 고려한 움직임예측방법 및 그 장치는 동영상 부호화시스템에서의 움직임추정 시간을 줄여 압축속도를 향상시키기 위한 것이다. 본 발명은 카메라(camera)의 패닝(panning)이나 줌(zoom)기능의 수행으로 화면 전체가 일정 속도로 움직이는 경우, 선행예측을 통해 현재화면의 모서리 4개 부분에 대한 움직임을 추정하여 화면 전체의 움직임값을 결정한 후, 현재화면의 배경에 해당하는 매크로블록에 대해 움직임을 추정하지 않고 결정된 화면 전체의 움직임값으로 대체하며, 배경이 아닌 매크로블록에 대해 화면 전체의 움직임값을 기초로 이전화면의 검색영역을 선택하여 움직임을 추정하도록 구성된다. 따라서, 본 발명은 움직임 추정에 사용되는 연산량을 상당 부분 줄여 움직임 추정시 소요시간을 감소시키므로 전체적인 압축속도를 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.The motion prediction method and the apparatus considering the motion of the entire screen are to improve the compression speed by reducing the motion estimation time in the video encoding system. According to the present invention, when the entire screen moves at a constant speed by performing a panning or zooming function of a camera, the motion of the four corners of the current screen is estimated through the previous prediction. After determining the motion value, the macroblock corresponding to the background of the current screen is replaced with the motion value of the entire screen without estimating the motion, and for the macroblock that is not the background, the previous screen is based on the motion value of the entire screen. Select a search region to estimate motion. Accordingly, the present invention reduces the amount of computation used for motion estimation by a considerable amount, thereby reducing the time required for motion estimation, thereby providing an effect of improving the overall compression speed.
motion estimation, panning, zoommotion estimation, panning, zoom
Description
도 1은 종래 움직임예측방법을 설명하기 위한 도면,1 is a view for explaining a conventional motion prediction method,
도 2는 본 발명의 화면 전체의 움직임을 고려한 움직임예측방법이 적용된 동영상 부호화시스템을 나타내는 구성도,2 is a block diagram illustrating a video encoding system to which a motion prediction method considering motions of an entire screen of the present invention is applied;
도 3은 본 발명에 따른 화면 전체의 움직임을 고려한 움직임예측방법을 설명하기 위한 도면.3 is a view for explaining a motion prediction method in consideration of the movement of the entire screen according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
SW : 스위치 17 : 선행예측기SW: Switch 17: Predictor
18 : 움직임예측기18: motion predictor
본 발명은 동영상 부호화시스템에서의 움직임추정에 관한 것으로서, 특히 카메라(camera)의 패닝(panning)이나 줌(zoom)기능 수행으로 화면 전체가 일정속도로 움직이는 경우 미리 화면 전체의 움직임값을 예측한 후 이를 이용하여 매크로블록단위로 움직임예측을 수행하여 전체적인 처리속도를 향상시킬 수 있도록 한 화면 전체의 움직임을 고려한 움직임예측방법 및 그 장치에 관한 것이다.The present invention relates to motion estimation in a video encoding system. In particular, when the entire screen moves at a constant speed by performing a panning or zooming function of a camera, the motion value of the entire screen is predicted in advance. The present invention relates to a motion prediction method and an apparatus considering motion of an entire screen to improve overall processing speed by performing motion prediction in units of macroblocks.
최근에는 화질의 개선을 위하여 영상신호를 디지탈데이타로 부호화하여 처리하는 방식이 보편화되고 있다. 그러나, 영상신호를 디지탈데이타로 부호화하는 경우, 데이타량이 상당히 많게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위한 종래의 영상부호화시스템은 변환부호화, DPCM(Differential Pulse Code Modulation), 벡터양자화 및 가변장부호화(Variable Length Coding)등을 사용하여 디지탈 영상신호에 포함되어 있는 용장성데이타(Redundancy Data)를 제거하여 전체 데이타량을 감소시킨다. Recently, in order to improve image quality, a method of encoding and processing a video signal using digital data has become popular. However, when the video signal is encoded by digital data, the data amount becomes considerably large. The conventional video encoding system to solve this problem is using redundancy data included in the digital video signal by using the conversion encoding, differential pulse code modulation (DPCM), vector quantization and variable length coding (Variable Length Coding) Data) to reduce the total amount of data.
한편, 잘 알려진 구조의 종래 동영상 부호화시스템은 현재프레임과 기준이 되는 이전프레임을 사용하여 현재프레임을 이루는 영상블록들 각각에 대한 움직임을 예측한다. 움직임예측은 프레임들간의 상관성에 근거하여 이루어진다. 즉, 기준이 되는 이전프레임의 일부가 되는 검색영역내에서 비교에 사용된 현재프레임의 영상블록과 거의 동일한 영상정보를 갖는 기준 영상블록을 찾은 다음, 현재영상블록과 기준영상블록간의 공간적인 위치차이를 나타내는 움직임벡터(Motion Vector; MV)를 발생한다. Meanwhile, the conventional video encoding system having a well-known structure predicts the motion of each of the image blocks constituting the current frame by using the current frame and the previous frame as a reference. Motion prediction is based on the correlation between frames. In other words, in the search area that is part of the previous frame as a reference, the reference image block having the same image information as the image block of the current frame used for comparison is found, and the spatial position difference between the current image block and the reference image block is found. Generates a motion vector (MV) indicating.
그런데, 카메라가 평행이동 또는 회전이동하면서 촬영하는 패닝에 의해 화면이 전체적으로 평행이동하거나 카메라가 피사체로부터 급격히 멀어지거나 가까와지는 줌잉에 의해 화면이 전체적으로 원근이동하여 화면에 전체적으로 움직임이 발생하는 경우가 있으며, 전체화면은 고정되어 있고 화면내에서 일부 움직임이 발생하는 경우가 있다. 종래에는 이 두가지 경우의 구분없이 동영상의 시간적인 상관관계에 따라 움직임예측을 수행한다. 즉, 종래의 움직임예측방법은 도 1에 보여진 바와 같이, 전체적으로 화면에 움직임이 발생하여도 이에 상관없이 움직임예측의 대상이 되는 현재화면의 16×16화소의 매크로블록(macroblock)에 해당하는 부분에 대하여 이전화면의 검색범위에 해당하는 영역을 검색한다. 같은 방법으로 전체화면에 대하여 각 매크로블록에 해당하는 검색을 수행하며, 이는 많은 연산이 필요하게 되어 전체적인 압축속도에 많은 영향을 주게 된다. 이전화면의 해당하는 특정한 검색영역을 검색한 후, 현재화면과 이전화면과의 차가 가장 작은 영역을 찾아 그 차이값과 현재화면과 이전화면의 움직임벡터를 함께 압축하여 동영상의 시간 상관관계에 따른 압축을 수행한다. 압축된 영상에 대해 화면의 차이값과 움직임벡터값을 이용하여 복원할 수 있도록 한다. However, when the screen is panned by the camera moving in parallel or rotation, the screen is moved in parallel or the camera is moved away from the subject. The entire screen is fixed and some movement may occur within the screen. Conventionally, the motion prediction is performed according to the temporal correlation of video without distinguishing the two cases. That is, as shown in FIG. 1, the conventional motion prediction method is applied to a portion corresponding to a macroblock of 16 × 16 pixels of the current screen, which is the target of motion prediction, regardless of whether the motion occurs on the screen as a whole. Search the area corresponding to the search range of the previous screen. In the same way, the search for each macroblock is performed for the entire screen, which requires a lot of calculations, which greatly affects the overall compression speed. After searching the specific search area of the previous screen, find the area where the difference between the current screen and the previous screen is the smallest, compress the difference value and the motion vector of the current screen and the previous screen together, and compress them according to the time correlation of the video. Do this. The compressed image can be reconstructed using the difference value of the screen and the motion vector value.
하지만, 동영상 압축에서 한 프레임을 압축할 때 가장 시간이 많이 소요되는 부분이 움직임을 추정하는 부분이다. 그래서, 움직임추정에 소요되는 시간을 줄이는 것이 압축시간을 줄이는 관건이 되고 있다. However, the most time-consuming part of compressing a frame in video compression is the part of estimating motion. Therefore, reducing the time required for motion estimation is a key to reducing the compression time.
따라서, 본 발명의 목적은 카메라의 패닝이나 줌잉에 의해 화면이 전체적으로 움직이는 경우, 선행예측을 통해 미리 현재화면의 전체 움직임값을 구한 후 이를 움직임예측에 이용하므로써 검색영역을 줄여 움직임 예측의 속도를 향상시킬 수 있도록 한 화면 전체의 움직임을 고려한 움직임예측방법을 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to increase the speed of motion prediction by reducing the search area by obtaining the entire motion value of the current screen in advance and using it for motion prediction when the screen is moved by panning or zooming the camera as a whole. The present invention provides a motion prediction method that considers the movement of an entire screen.
본 발명의 다른 목적은 전술한 화면 전체의 움직임을 고려한 움직임예측방법을 구현한 장치를 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide an apparatus implementing the motion prediction method in consideration of the motion of the entire screen.
이와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 화면 전체의 움직임을 고려한 움직임예측방법은, 동영상 부호화시스템의 움직임예측방법에 있어서, (1) 입력되는 현재 프레임에서 미리 지정된 선행예측 대상에 해당하는 부분의 영상데이타에 대한 움직임을 추정하여 화면 전체의 움직임값을 결정하는 단계와, (2) 현재 프레임의 매크로블록단위 영상데이타가 화면의 배경부분인지를 판단하는 단계, 및 (3) 상기 배경부분판단단계의 판단결과에 따라 배경부분에 해당하는 매크로블록에 대해서는 움직임 추정을 하지 않고 상기 결정된 화면 전체의 움직임값으로 대체하며, 배경이 아닌 매크로블록에 대해서는 상기 결정된 화면 전체의 움직임값에 근거하여 이전화면으로부터 검색대상을 선택하여 움직임을 추정하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above objects, the motion prediction method considering the motion of the entire screen according to the present invention is a motion prediction method of a video encoding system. Estimating the motion of the image data to determine the motion value of the entire screen; (2) determining whether the macroblock unit image data of the current frame is the background portion of the screen; and (3) determining the background portion. According to the result of the determination, the macroblock corresponding to the background part is replaced with the motion value of the entire screen without estimation of motion. For macroblocks other than the background, the macroblock from the previous screen is based on the motion value of the entire screen. Estimating a motion by selecting a search target.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 화면 전체의 움직임을 고려한 움직임예측장치는, 동영상 부호화시스템에 있어서, 입력되는 현재 프레임에서 미리 지정된 선행예측 대상에 해당하는 부분의 영상데이타에 대한 움직임을 추정하여 화면 전체의 움직임값을 결정하는 선행예측기, 및 현재 프레임의 기설정 단위 영상데이타가 화면의 배경부분인지를 판단하여 배경부분이면 움직임 추정을 하지 않고 상기 선행예측기에서 결정된 화면 전체의 움직임값으로 대체하며, 배경부분이 아니면 상기 선행예측기에서 결정된 화면 전체의 움직임값에 근거하여 이전화면으로부터 검색대상을 선택하여 움직임을 추정하는 움직임예측기를 포함한다.According to another aspect of the present invention, a motion prediction apparatus considering a motion of an entire screen includes estimating a motion of image data of a portion corresponding to a predetermined target of a predetermined prediction in a current frame to be input. It is determined whether the preliminary predictor for determining the overall motion value and the preset unit image data of the current frame are the background part of the screen, and if the background part is the background part, the motion value of the entire screen determined by the preceding predictor is replaced without estimation of motion. If it is not a background portion, it includes a motion predictor for estimating the motion by selecting a search target from the previous screen based on the motion value of the entire screen determined by the preceding predictor.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 기술하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명이 적용된 동영상 부호화시스템의 구성도를 나타낸다. 도 2에 나타낸 시스템은 일반적인 동영상 부호화시스템의 구성을 모두 포함하며, 본 발명에 따른 화면 전체의 움직임을 고려한 움직임예측을 위해 화면 전체의 움직임값을 결정하기 위한 선행예측기(17)와, 선행예측기(17)를 선택적으로 동작시키기 위한 스위치(SW)를 추가로 포함한다. 도 2의 시스템은 또한, 선행예측기(17)에서 예측된 화면 전체의 움직임값을 이용하여 움직임예측을 수행하는 변형된 움직임예측기(18)를 포함한다. 2 is a block diagram of a video encoding system to which the present invention is applied. The system shown in FIG. 2 includes all the configurations of a general video encoding system, and includes a preceding
도 2에서, 카메라등에서 촬영된 프레임단위의 동영상신호는 감산기(11)로 입력됨과 아울러 움직임예측기(18) 및 선행예측기(17)로 각각 입력된다. 선행예측기(17)는 움직임예측기(18)에 선행하여 입력되는 현재프레임의 동영상신호와 기준이 되는 이전프레임의 동영상신호를 사용하여 현재프레임의 화면 전체에 대한 움직임을 추정한다. 선행예측기(17)의 움직임추정에 대해 도 3을 통해 설명한다.In FIG. 2, the video signal of the frame unit photographed by the camera is input to the
도 3은 본 발명에 따른 화면 전체의 움직임을 고려한 움직임예측방법을 설명하기 위한 도면으로, 현재화면의 모서리 4개 부분을 선행예측의 대상으로 설정하고, 그 선행예측 대상인 모서리 4개부분을 이루는 각 매크로블록들에 대해 움직임추정을 한다. 즉, 선행예측기(17)는 기준이 되는 이전화면의 일부가 되는 검색영역내에서 비교에 사용된 현재화면의 모서리 4개 부분을 이루는 각 매크로블록의 영상데이타와 거의 동일한 영상정보를 갖는 기준매크로블록을 찾은 다음, 현재 매크로블록과 기준매크로블록간의 공간적인 위치차이를 나타내는 움직임벡터를 발생한 다. 선행예측기(17)는 현재화상의 모서리를 이루는 각 매크로블록의 영상데이타들 각각에 대한 움직임을 추정하여 움직임벡터를 구한다. 선행예측기(17)는 각 부분에서의 움직임벡터가 구해지면, 이를 기초로 하여 전체화면의 움직임벡터를 결정한다. 즉, 선행예측기(17)는 선행예측을 통해 구한 현재화면의 모서리 4개부분에 해당하는 4개의 움직임벡터에 대해 평균(average)을 취하여 이를 전체화면의 움직임벡터로 결정한다. 선행예측기(17)에서 결정된 전체화면의 움직임벡터는 움직임예측기(18)로 입력된다. 움직임예측기(18)는 기존의 움직임추정방법을 수행하여 현재화면에 대해 매크로블록단위로 각각의 움직임을 추정한다. 움직임예측기(18)는 현재 움직임추정을 하는 매크로블록이 배경화면이면, 별도의 움직임추정을 수행하지 않고 선행예측기(17)에서 결정한 전체화면의 움직임벡터를 그대로 사용한다. 실제로, 동영상에서 배경화면이 차지하는 비율이 크므로 이러한 방법으로 움직임추정에 사용되는 연산량을 상당부분 줄일 수 있다. 배경화면 판단방법은 여러가지가 있으며, 당업자에게는 이미 통상적인 것이다. 일예로, 프레임의 배경부분을 미리 지정하고, 이에 근거하여 입력되는 매크로블록이 배경부분에 해당하는 지를 판단한다. 움직임예측기(18)는 배경화면이 아니라고 판단되는 부분에서도 선행예측을 통해서 얻은 값을 기준으로 움직임추정을 하여 기존의 각 매크로블록당 검색해야 되는 검색영역을 대체하여 선행예측을 통해서 얻어진 움직임벡터를 기준으로 검색영역을 선택하므로 전체화면에 대한 검색영역이 상당부분 줄어들게 된다. 3 is a view for explaining a motion prediction method in consideration of the movement of the entire screen according to the present invention, the four corners of the current screen is set as the target of the previous prediction, the angle forming the four corners that are the target of the preceding prediction Motion estimation is performed on macroblocks. That is, the preceding
도 2로 돌아가서, 움직임예측기(18)는 위와 같은 움직임추정을 통해 구한 움직임벡터에 의해 지정되는 기준매크로블록의 영상정보를 감산기(11)로 출력한다. 감산기(11)는, 차분펄스부호변조를 위하여, 입력되는 현재화면의 영상데이타로부터 움직임예측기(18)로부터 인가되는 대응 영상데이타를 감산하고 감산에 의해 얻어진 차분값을 DCT(12)로 출력한다. DCT(12)는 감산기(11)로부터 공급되는 공간영역 화소값들을 이산여현변환(discrete cosine transform)을 수행하여 주파수영역의 변환계수값들로 변환시킨다. DCT(12)로부터 출력하는 변환계수값들은 양자화부(13)에 의해 양자화된 다음 뒷단의 미도시된 가변장부호화부 및 역양자화부(14)로 공급된다. 양자화된 변환계수들은 엔트로피코딩(Entropy coding)등을 통하여 압축율을 높여 출력된다. 역양자화부(14)는 입력되는 데이타를 역양자화시킨 다음, IDCT(15)로 공급한다. IDCT(15)는 역양자화부(14)로부터 인가되는 변환계수값들에 대하여 DCT(12)에 의한 변환의 역변환을 수행하여 공간영역의 화소값들을 발생한다. 가산기(16)는 움직임예측기(18)로부터 인가되는 화소값들과 IDCT(15)로부터 인가되는 화소값들을 가산하여 움직임추정의 기준인 이전화면으로 복원한다. 복원된 이전화면은 스위치(SW)를 통해 선행예측기(17) 및 움직임예측기(18)로 입력된다. 스위치(SW)는 미도시된 제어수단으로부터 공급되는 제어신호(CTL)에 의해 선택적으로 접속된다. 즉, 카메라에 의해 패닝이나 줌기능 수행시 스위치(SW)를 선행예측기(17)의 입력단에 접속하여 선행예측을 수행한 후 움직임예측을 수행할 수 있도록 한다. 반대로, 카메라가 항상 고정되어 촬영하는 경우는 스위치(SW)를 움직임예측기(18)의 입력단에 접속시켜 선행예측을 수행하지 않고 바로 움직임예측을 수행하도록 한다.2, the
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 화면 전체의 움직임을 고려한 움직임추정 방법 및 그 장치는, 카메라의 패닝이나 줌잉으로 화면 전체가 일정한 속도로 움직인 경우 미리 현재화면의 4개 모서리부분에 대해 움직임추정을 통해 전체 화면의 움직임값을 구한 후, 이를 이용하여 매크로블록단위로 움직임추정을 수행하므로써, 움직임 추정에 소요되는 시간을 줄이고 전체적인 압축시간을 단축할 수 있는 효과를 갖는다.As described above, the motion estimation method and the apparatus considering the motion of the entire screen according to the present invention, the motion estimation for the four corners of the current screen in advance when the entire screen moves at a constant speed due to the panning or zooming of the camera After the motion value of the entire screen is obtained, the motion estimation is performed in units of macroblocks using this, thereby reducing the time required for motion estimation and reducing the overall compression time.
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