KR100665102B1 - 전송 패킷의 길이를 고려한 비디오 부호화 율제어 방법 및그를 이용한 비디오 부호화 장치 - Google Patents

전송 패킷의 길이를 고려한 비디오 부호화 율제어 방법 및그를 이용한 비디오 부호화 장치 Download PDF

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본 발명은 전송 패킷의 길이를 고려한 비디오 부호화 율제어 방법 및 그를 이용한 비디오 부호화 장치에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은, 전송 패킷의 길이를 고려하여 비디오 부호화기의 율 제어를 수행함으로써, 부호화된 비디오 비트 스트림의 길이와 전송 패킷의 길이의 상이로 인한 비트 낭비를 줄여 비디오 부호화의 효율을 높일 수 있게 하는, 전송 패킷의 길이를 고려한 비디오 부호화 율제어 방법 및 그를 이용한 비디오 부호화 장치를 제공하는데 그 목적이 있음.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은, 비디오 부호화기에서의 비디오 부호화 율제어 방법에 있어서, 부호화하고자 하는 픽쳐(picture)에 대한 목표 비트량을 초기 설정하는 목표비트량 초기설정 단계; 부호화된 픽쳐를 전송 패킷으로 패킷화하는데 사용되는 페이로드(payload)의 길이를 산출하는 페이로드길이 산출 단계; 상기 산출된 페이로드의 길이에 따라 상기 목표 비트량을 조정하는 목표비트량 조정 단계; 및 상기 목표비트량 조정 단계에서 조정된 목표 비트량에 따라 율제어를 수행하는 율제어 단계를 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 비디오 부호화기에서의 율 제어 등에 이용됨.
비디오 부호화기, 비디오 부호화, 율제어, 전송 패킷, 페이로드

Description

전송 패킷의 길이를 고려한 비디오 부호화 율제어 방법 및 그를 이용한 비디오 부호화 장치{Method for controlling video encoding bit rate considering transport packet length, and video coding Apparatus using it}
도 1 은 종래의 비디오 부호화기의 구성 예시도,
도 2 는 종래의 MPEG-2 시스템에 있어서의 비디오 스트림의 전송 패킷화 방법에 대한 설명도,
도 3 은 본 발명에 따른 전송 패킷의 길이를 고려한 비디오 부호화 율제어에 의한 비디오 부호화 장치의 일실시예 구성도,
도 4 는 본 발명에 따른 전송 패킷의 길이를 고려한 비디오 부호화 율제어 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
304: 율제어부 3041: 율제어기
3042: 목표비트량 조절기
본 발명은 비디오 부호화기에서의 율제어 방법 및 비디오 부호화 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전송 패킷의 길이를 고려하여 비디오 부호화기의 율 제어를 수행함으로써, 부호화된 비디오 비트 스트림의 길이와 전송 패킷의 길이의 상이로 인한 비트 낭비를 줄여 비디오 부호화의 효율을 높일 수 있게 하는, 전송 패킷의 길이를 고려한 비디오 부호화 율제어 방법 및 그를 이용한 비디오 부호화 장치에 관한 것이다.
도 1 은 종래의 비디오 부호화기의 구성 예시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 일반적인 비디오 부호화기는 입력된 현재 영상과 움직임 보상기(109)에 의하여 움직임 보상된 예측영상과의 차영상을 변환기 (101)를 이용하여 주파수 영역으로 변환한 뒤, 양자화기(102)에서 변환 계수를 양자화 한 뒤, 가변길이 부호화기(103)에 의하여 가변길이 부호화된다.
또한, 복호화된 영상을 이용하여 움직임 추정 및 보상을 행하기 위하여, 역양자화기(105) 및 역변환기(106)를 이용한 복호화 과정을 통하여 획득된 영상을 프레임 메모리(107)에 저장한 뒤, 움직임 추정기(108) 및 움직임 보상기(109)에서 이를 이용하여 움직임 추정 및 보상을 행한다.
여기서, 율제어기(104)는 가변길이 부호화기(103)에서 발생되는 비트의 발생량을 관찰하여 양자화기(102)의 양자화 간격을 조정함으로써 비트율을 제어하는 역할을 담당한다.
양자화기(102)는 변환계수들을 양자화하는 역할을 수행하는 장치로서, 양자화에 사용할 양자화 스텝 크기(quantization step size)는 율제어기(104)에 의하여 결정된다. 즉, 율제어기(104)는 현재까지 부호화된 결과 비트량을 관찰하여, 현재까지 발생된 비트량이 목표 비트량에 비하여 적은 경우에는 양자화 스텝 크기를 줄여서 비트 발생량을 많게 하고, 발생 비트량이 목표 비트량에 비하여 많은 경우에는 양자화 스텝 크기를 크게하여 비트 발생량을 줄여서 총 발생 비트량이 목표 비트량에 일치하도록 조절하는 기능을 수행한다. 이러한 율제어는 대역폭이 한정된 전송 채널을 통하여 비디오를 전송하기 위한 필수 요소이다.
한편, 율제어기(104)에서 양자화 스텝 크기를 결정하는 종래의 방법은 비디오 스트림의 전송율에 따른 각 픽쳐당 목표 비트량을 결정한 뒤, 현재 부호화 결과에 따른 발생 비트량을 목표 비트량과 비교하여 발생 비트량이 많은 경우에는 양자화 스텝 크기를 크게 하고, 적은 경우에는 양자화 스텝 크기를 작게 줄이는 것이다. 여기서, 양자화 스텝 크기를 결정할 때, 현재 부호화되고 있는 픽쳐의 복잡도를 계산하여 복잡도가 큰 경우에는 양자화 스텝 크기를 더욱 크게 하고, 복잡도가 작은 경우에는 양자화 스텝 크기를 작게 하는 방법을 전술한 방법과 병행하여 사용하는 경우도 있다.
부호화된 비디오 스트림을 전송하는 경우에는, 목적에 맞는 전송 규격에 따라 전송 스트림으로 만들어진 뒤 전송된다. 예를 들어, MPEG-2 Systems 규격에 따라 전송 스트림을 만들어 전송하는 경우에는, 먼저 비디오 스트림을 PES (Packetized Elementary Stream) 패킷으로 만든 뒤, 이를 다시 전송스트림(TS: Transport Stream) 패킷으로 만들어서 이를 전송 채널을 통하여 전송한다.
이를 개념적으로 도시한 것이 도 2이다. 즉, 도 2 는 종래의 MPEG-2 시스템에 있어서의 비디오 스트림의 전송 패킷화 방법에 대한 설명도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 비디오 시퀀스(201)는 비디오 부호화기(21)를 통하여 비디오 스트림으로 부호화된 뒤, PES 패킷화기(22)를 통하여 PES 패킷으로 만들어진다. 여기서, PES 패킷은 하나의 엑세스 유닛(access unit)을 패킷화하게 되며, 엑세스 유닛은 시간 정보가 들어갈 수 있는 최소 단위를 의미하는 것으로 비디오 부호화에서는 하나의 픽쳐에 대하여 하나의 시간 정보가 부여되므로 하나의 픽쳐가 하나의 엑세스 유닛을 구성하게 된다.
또한, 하나의 픽쳐를 부호화하여 발생하는 비트수는 각 픽쳐에 따라 달라지게 된다. PES 패킷은 부호화된 하나의 픽쳐(엑세스 유닛)에 대한 비트 스트림을 포함하고 있으며, PES 패킷 헤더를 가지고 있다. PES 패킷의 길이는 패킷마다 달라지게 되는데, 이는 하나의 픽쳐를 부호화하여 발생하는 비트수가 픽쳐에 따라 달라지기 때문이다.
PES 패킷화된 비디오 스트림은 TS 패킷화기(23)에 의하여 TS 패킷으로 만들어지는데, 하나의 PES 패킷은 하나 이상의 TS 패킷으로 만들어진다. 여기서, TS 패킷은 4바이트의 헤더와 184 바이트의 페이로드(payload)로 구성되며, 페이로드에는 PES 패킷 데이터와 사용자 데이터(user private data) 및 어뎁테이션 필드 (adaptation field)로 이루어진다.
한편, 하나의 PES 패킷이 하나 이상의 TS 패킷으로 만들어 질 때, PES 패킷 헤더는 TS 패킷 페이로드의 맨 앞에 위치하여야 한다. 즉, PES 패킷을 TS 패킷으로 만들고 난 뒤, TS 패킷에 남는 공간이 있더라도, 남는 공간에 다른 PES 패킷 데이터를 넣을 수 없다. 따라서, TS 패킷의 남는 공간은 스터핑 비트(Stuffing bits)로 채우게 되는데, 이는 비트의 손실을 의미하게 된다. 최악의 경우, PES 패킷의 길이가 185 바이트인 경우에는 첫번째 TS 패킷에 184 바이트가 들어가게 되고, 두번째 TS 패킷에는 1바이트가 들어가게 되며, 두번째 TS 패킷의 183 바이트는 스트핑 비트로 채워지게 되어183 바이트에 해당하는 비트 낭비가 발생하게 된다.
요컨대, 위에서 설명한 바와 같은 종래의 비디오 부호화기의 율제어 방법에서는, 전송에 사용되는 비디오 시퀀스에 할당되어 있는 총 비트량에 따라 각 픽쳐의 부호화에 사용되는 목표 비트량을 설정하여 율제어를 수행하고, 전송에 사용되는 패킷의 길이는 고려하지 않았기 때문에, 부호화된 비디오 비트스트림의 엑세스 유닛(access unit) 길이가 전송에 사용되는 패킷의 길이와 달라지게 된다. 따라서, 종래의 율제어 방법을 통하여 부호화된 비디오 시퀀스의 경우에는, 엑세스 유닛을 패킷화할 때, 엑세스 유닛의 길이와 전송 패킷의 길이의 차이만큼의 비트 손실이 발생한다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 전송 패킷의 길이를 고려하여 비디오 부호화기의 율 제어를 수행함으로써, 부호화된 비디오 비트 스트림의 길이와 전송 패킷의 길이의 상이로 인한 비트 낭비를 줄여 비디오 부호화의 효율을 높일 수 있게 하는, 전송 패킷의 길이를 고려한 비디오 부호화 율제어 방법 및 그를 이용한 비디오 부호화 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 비디오 부호화기에서의 비디오 부호화 율제어 방법에 있어서, 부호화하고자 하는 픽쳐(picture)에 대한 목표 비트량을 초기 설정하는 목표비트량 초기설정 단계; 부호화된 픽쳐를 전송 패킷으로 패킷화하는데 사용되는 페이로드(payload)의 길이를 산출하는 페이로드길이 산출 단계; 상기 산출된 페이로드의 길이에 따라 상기 목표 비트량을 조정하는 목표비트량 조정 단계; 및 상기 목표비트량 조정 단계에서 조정된 목표 비트량에 따라 율제어를 수행하는 율제어 단계를 포함한다.
한편, 본 발명은, 비디오 부호화 장치에 있어서, 현재 부호화를 수행하고자 하는 픽쳐와 움직임 보상된 픽쳐와의 차이를 주파수 영역으로 변환한 후, 율제어 수단의 율제어에 따른 변환계수 양자화, 및 가변길이 부호화를 통하여 비디오 비트스트림으로 출력하기 위한 비디오 부호화 수단; 및 전송 패킷의 길이를 고려한 '부호화 대상 픽쳐에 대한 목표비트량 조절'을 통하여 상기 비디오 부호화 수단을 율제어하기 위한 상기 율제어 수단을 포함한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 3 은 본 발명에 따른 전송 패킷의 길이를 고려한 비디오 부호화 율제어에 의한 비디오 부호화 장치의 일실시예 구성도이다.
본 발명에 따른 비디오 부호화 장치는 변환기(301), 양자화기(302), 가변길이 부호화기(303), 율제어부(304), 역양자화기(305), 역변환기(306), 프레임 메모리(307), 움직임 추정기(308), 및 움직임 보상기(309)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 율제어부(304)를 제외한 나머지 부분의 기능은 기존의 비디오 부호화기(도 1 참조)와 동일하다.
본 발명은 부호화된 비디오 스트림이 패킷화될 때, 엑세스 유닛의 길이와 패킷의 길이가 서로 달라서 발생하는 비트 낭비를 최소화할 수 있게 하는 율제어에 관한 것이다. 즉, 본 발명은 비디오 부호화시에 전송 패킷의 길이를 고려하여, 부호화된 엑세스 유닛의 길이가 전송 패킷의 배수가 되도록 율 제어를 수행한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 비디오 부호화기는 도 1에서 설명한 종래의 일반적인 비디오 부호화기와는 율제어부(304)만이 상이하다.
따라서, 본 발명에 따른 비디오 부호화 장치는, 현재 부호화를 수행하고자 하는 픽쳐와 움직임 보상된 픽쳐와의 차이를 주파수 영역으로 변환한 후, 율제어 수단의 율제어에 따른 변환계수 양자화, 및 가변길이 부호화를 통하여 비디오 비트스트림으로 출력하는 비디오 부호화부(301 내지 303, 305 내지 309)와, 전송 패킷의 길이를 고려하여 상기 비디오 부호화 수단을 율제어하는 율제어부(304)로 구분할 수 있다.
한편, 율제어부(304)는 기존의 율제어기(3041)에, 효율적인 율제어를 위한 목표 비트량 조절기(3042)가 추가된 것이다.
여기서, 목표 비트량 조절기(3042)는 부호화된 임의의 픽쳐를 패킷화하는데 필요한 패킷의 수와, 「각 패킷에서, 헤더 정보 및 사용자 데이터에 필요한 비트 수를 제외한, 부호화된 픽쳐를 패킷화하는데 사용될 수 있는 페이로드의 길이」를 구하고, 이를(패킷 수, 각 패킷에서의 페이로드 길이) 이용하여 하나의 부호화된 픽쳐를 전송 패킷화하는데 사용되는 전체 페이로드의 길이를 구한다. 그리고 나서, 전체 페이로드의 길이를 이용하여, 스터핑 비트(Stuffing bits)에 의한 비트 낭비가 최소화될 수 있도록, 목표 비트량을 조절하는 기능을 수행한다.
도 4 는 본 발명에 따른 전송 패킷의 길이를 고려한 비디오 부호화 율제어 방법에 대한 일실시예 흐름도로서, 임의의 픽쳐 하나에 대한 율제어 과정을 나타낸다.
본 발명은 비디오 부호화기의 율 제어를 전송 패킷의 길이를 고려하여 수행함으로써, 부호화된 비디오 비트 스트림의 길이와 전송 패킷의 길이가 서로 달라서 발생할 수 있는 비트 낭비를 줄여 비디오 부호화의 효율을 높일 수 있는 율제어에 관한 것이다. 즉, 본 발명의 율제어 방법은, 비디오 시퀀스를 부호화하는데 있어서 임의의 픽쳐에 할당된 비트량과 전송 패킷의 길이를 비교하여, 부호화된 픽쳐의 비트량과 전송 패킷의 길이가 서로 달라서 발생하는 비트 낭비를 최소화 할 수 있도록 목표 비트량을 재 조정한 뒤, 재 조정된 목표 비트량에 맞도록 해당 픽쳐를 부호화할 수 있도록 율제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.
이하, 도 4를 따라 설명하면, 다음과 같다.
먼저, 일반적인 비디오 부호화 방법에 따라 부호화하고자 하는 픽쳐의 초기 목표 비트량(target bits)을 설정한 뒤(401), 부호화된 픽쳐(엑세스 유닛)(즉, 비디오 스트림)를 전송 패킷(TS 패킷)으로 패킷화하는데 사용되는 페이로드의 길이를 계산한다(402). 즉, 여기서, 패킷화하는데 사용되는 페이로드의 길이는, 하나의 부호화된 픽쳐를 패킷화하여, 다수의 전송 패킷(TS 패킷)을 생성하는 경우, 각각의 전송 패킷에서의 페이로드 길이를 합한 전체 페이로드의 길이를 나타낸다.
다음으로, 스터핑 비트에 의하여 낭비되는 비트수를 최소화할 수 있도록, 그 결정된 페이로드의 길이를 이용하여 목표 비트량을 수정(조정)한다(403). 즉, 목표 비트량이 계산된 페이로드의 길이에 맞도록 목표비트량을 상향 또는 하향 조정한다.
그리고 나서, 조정된 목표 비트량에 따라 율제어를 수행한다(404). 즉, 부호화된 결과가 수정된 최종 목표 비트량을 넘지 않도록 양자화 스텝의 크기를 결정한다.
상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다. 이러한 과정은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있으므로 더 이상 상세히 설명하지 않기로 한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
상기와 같은 본 발명은, 비디오 부호화시에 전송 패킷에 의하여 낭비되는 비트량을 비디오 부호화에 사용할 수 있도록 함으로써, 비디오 부호화의 효율을 크게 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 부호화된 비디오의 전송 패킷의 길이를 고려하여 율제어를 행함으로써, 패킷화에 따라 낭비되는 비트를 최소화할 수 있으며, 이로 인하여 부호화된 비디오의 화질을 개선시키는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 비디오 부호화기에서의 비디오 부호화 율제어 방법에 있어서,
    부호화하고자 하는 픽쳐(picture)에 대한 목표 비트량을 초기 설정하는 목표비트량 초기설정 단계;
    부호화된 픽쳐를 전송 패킷으로 패킷화하는데 사용되는 페이로드(payload)의 길이를 산출하는 페이로드길이 산출 단계;
    상기 산출된 페이로드의 길이에 따라 상기 목표 비트량을 조정하는 목표비트량 조정 단계; 및
    상기 목표비트량 조정 단계에서 조정된 목표 비트량에 따라 율제어를 수행하는 율제어 단계
    를 포함하는 전송 패킷의 길이를 고려한 비디오 부호화 율제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 페이로드길이 산출 단계는,
    부호화된 픽쳐를 패킷화하는데 필요한 패킷의 수와 「각 패킷에서 헤더 정보 및 사용자 데이터에 필요한 비트 수를 제외한, 부호화된 픽쳐를 패킷화하는데 사용될 수 있는 페이로드의 길이」를 구한 후, 상기 패킷 수와 각 패킷에서의 페이로드 길이를 이용하여 하나의 부호화된 픽쳐를 전송 패킷화하는데 사용되는 전체 페 이로드의 길이를 구하는 것을 특징으로 하는 전송 패킷의 길이를 고려한 비디오 부호화 율제어 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 목표비트량 조정 단계는,
    상기 목표 비트량이 상기 페이로드의 길이에 맞도록 목표비트량을 상향 또는 하향 조정하는 것을 특징으로 하는 전송 패킷의 길이를 고려한 비디오 부호화 율제어 방법.
  4. 비디오 부호화 장치에 있어서,
    현재 부호화를 수행하고자 하는 픽쳐와 움직임 보상된 픽쳐와의 차이를 주파수 영역으로 변환한 후, 율제어 수단의 율제어에 따른 변환계수 양자화, 및 가변길이 부호화를 통하여 비디오 비트스트림으로 출력하기 위한 비디오 부호화 수단; 및
    전송 패킷의 길이를 고려한 '부호화 대상 픽쳐에 대한 목표비트량 조절'을 통하여 상기 비디오 부호화 수단을 율제어하기 위한 상기 율제어 수단
    을 포함하는 전송 패킷의 길이를 고려한 비디오 부호화 율제어에 의한 비디오 부호화 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 율제어 수단은,
    제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항의 방법을 수행하는 것을 특징으로 하는 전송 패킷의 길이를 고려한 비디오 부호화 율제어에 의한 비디오 부호화 장치.
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