KR100701740B1 - Apparatus and Method for encoding and decoding PI frame of digital visual data - Google Patents

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Abstract

본 발명은 영상 데이터의 압축 및 복원과정에서 임의 탐색이나 에러 전파를 막는 종래의 I 프레임의 기능을 수행할 수 있는 PI(Predictive Intra) 프레임의 인코딩과 디코딩을 위한 방법 및 장치에 대한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for encoding and decoding a PI (Predictive Intra) frame capable of performing a function of a conventional I frame that prevents arbitrary search or error propagation during compression and reconstruction of image data.

본 발명에 따른 영상 데이터 PI 프레임 인코딩 방법은, 입력된 영상신호에 대하여 가중 움직임 보상 예측 방법을 사용하여 예측된 신호와 원래의 입력된 영상신호와의 차이에 해당되는 잔여치만을 일정 크기로 가중처리하여 인코딩시키는 단계와, 상기 인코딩된 잔여치를 사용하여 재구성된 잔여치를 생성시키는 단계와, 상기 재구성된 잔여치를 상기 일정 크기에 대응되는 크기로 스케일링 하여 재구성 프레임을 생성시키는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The video data PI frame encoding method according to the present invention weights only a residual value corresponding to a difference between a signal predicted using a weighted motion compensation prediction method and an original input video signal with respect to an input video signal to a predetermined size. And generating a reconstructed residual using the encoded residual, and scaling the reconstructed residual to a size corresponding to the predetermined size to generate a reconstructed frame. It is done.

이와 같은 본 발명의 구성에 의하면, PI 프레임을 이용함으로써 영상 데이터의 인코딩 및 디코딩 과정에서 영상 데이터의 임의 탐색이나 에러 전파를 막을 수 있는 것과 동시에 종래의 방법에 의해 생성되는 I 프레임을 이용할 때 보다 더욱 향상된 압축 효율을 나타낼 수 있게 된다.According to the configuration of the present invention, it is possible to prevent arbitrary search or error propagation of the image data during encoding and decoding of the image data by using the PI frame, and at the same time, even when using the I frame generated by the conventional method. It is possible to exhibit improved compression efficiency.

PI 프레임, 인코딩, 디코딩, 가중 처리, 스케일링PI frame, encoding, decoding, weighting, scaling

Description

영상 데이터의 PI프레임 인코딩과 디코딩을 위한 장치 및 방법{Apparatus and Method for encoding and decoding PI frame of digital visual data} Apparatus and Method for encoding and decoding PI frame of digital visual data             

도 1는 종래의 I 프레임과 P 프레임으로만 구성된 영상에서의 P 프레임의 프레임 참조 방법을 설명하기 위한 도면 1 is a view for explaining a frame reference method of a P frame in a conventional image composed only of I frame and P frame

도 2는 종래의 I 프레임의 인코딩과 디코딩을 위한 영상 처리 장치의 구성을 나타내는 블럭구성도2 is a block diagram showing a configuration of an image processing apparatus for encoding and decoding a conventional I frame.

도 3은 종래의 P 프레임의 인코딩과 디코딩을 위한 영상 처리 장치의 구성을 나타내는 블럭구성도3 is a block diagram showing a configuration of an image processing apparatus for encoding and decoding a conventional P frame.

도 4는 본 발명에 따른 PI 프레임 인코딩 방법을 설명하기 위한 흐름도4 is a flowchart illustrating a PI frame encoding method according to the present invention.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 PI 프레임 인코딩과 디코딩을 위한 영상 신호 처리 장치를 나타낸 도면5 is a diagram illustrating an image signal processing apparatus for encoding and decoding PI frames according to an embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

410: PI 프레임 인코더 420: PI 프레임 디코더410: PI frame encoder 420: PI frame decoder

본 발명은 PI 프레임을 이용한 영상 데이터의 인코딩과 디코딩 방법 및 장치에 대한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for encoding and decoding image data using a PI frame.

영상 압축은, ITU(International Telecommunication Union)의 H.26x, ISO(International Organization for Standardization)의 MPEG(Moving Picture Experts Group) 등의 압축 표준이 있고, 이러한 영상 압축 기법은 비디오 플레이어, 주문형 비디오(VOD), 영상 전화 등 많은 애플리케이션에 사용되고 있다. Video compression includes compression standards such as H.26x of the International Telecommunication Union (ITU) and Moving Picture Experts Group (MPEG) of the International Organization for Standardization (ISO). Such video compression techniques include video players and video on demand (VOD). It is used in many applications such as video call.

영상 압축 시에 각 영상 프레임은 인트라 프레임(I 프레임), 예측(Predictive) 프레임(P 프레임), 양방향(Bidirectional) 예측 프레임 (B 프레임) 등의 방법을 사용해서 압축된다.In image compression, each image frame is compressed using a method such as an intra frame (I frame), a predictive frame (P frame), a bidirectional prediction frame (B frame), or the like.

I 프레임은 이전 혹은 이후의 프레임의 데이터를 사용하지 않고, 독립적으로 압축/복원 되는 프레임이다.An I frame is a frame that is independently compressed / restored without using data of a previous or subsequent frame.

P 프레임은 이전에 이미 디코딩된 I 프레임 또는 P 프레임으로부터의 순방향 예측에 의해 생성된다. 따라서, 상기 P 프레임은 이전에 이미 생성된 프레임이 없으면 생성할 수가 없게 된다.P frames are generated by forward prediction from previously decoded I frames or P frames. Therefore, the P frame cannot be generated without a frame previously generated.

B 프레임은 2개 이상의 프레임을 참조하여 구성되는 프레임이다. 상기 B 프레임은, 과거에 생성된 I 프레임 또는 P 프레임을 참조하여 생성시키는 순방향 예측, 미래의 디코드될 I 프레임 또는 P 프레임을 참조하여 생성시키는 역방향 예측 또는 순방향과 역방향 모드를 참조하는 쌍방향 예측 등 여러가지의 쌍방향 예측에 의해 생성된다.A B frame is a frame constituted by referring to two or more frames. The B frame may include a forward prediction generated by referring to an I frame or a P frame generated in the past, a backward prediction generated by referring to an I frame or a P frame to be decoded in the future, or a bidirectional prediction referring to a forward and reverse mode. Is generated by bi-directional prediction of.

일반적으로 상기 B 프레임은 은 두개의 프레임을 참조해야 하므로 연산량이 다른 프레임에 비해 많다. 따라서, 모바일 단말과 같이 제한된 자원을 사용하는 경우에는 P 프레임과 I 프레임으로만 구성된 프로파일을 사용하고 있다.In general, since the B frame has to refer to two frames, the amount of computation is larger than that of other frames. Therefore, when using limited resources such as a mobile terminal, a profile consisting of only P frames and I frames is used.

상기 P 프레임 및 상기 B 프레임과 같이 이전 프레임 및 앞 뒤 프레임을 참조하는 경우, 전송 도중 오류가 발생하여 한 프레임의 화질에 손상을 입게 될 때에는, 손상된 프레임을 참조하는 다음 프레임도 손상되게 되고, 그러한 오류는 계속 이후 프레임에 영향을 주어 손상의 영향이 점점 더 심화되게 되는데, 이러한 현상을 오류전파(Error propagation) 라고 한다.When referring to the previous frame and the front frame, such as the P frame and the B frame, when an error occurs during transmission and damages the image quality of one frame, the next frame referring to the damaged frame is also damaged. Errors continue to affect frames later and cause more and more damage, which is called error propagation.

이러한 현상을 방지하기 위해서, 첫번째 프레임과 함께 주기적으로 아무 프레임도 참조하지 않고 현 프레임만을 독립적으로 압축하는 I 프레임을 삽입하게 된다. To prevent this phenomenon, I frame is inserted with the first frame periodically without referring to any frame and compressing only the current frame independently.

도 1는 종래의 I 프레임과 P 프레임으로만 구성된 영상에서의 P 프레임의 프레임 참조 방법을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a frame reference method of a P frame in a conventional image composed only of I frame and P frame.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 P 프레임(P111 내지 P116) 각각은 해당 GOP(Group Of Picture)내의 I 프레임(I110)과 이전의 P 프레임(P111 내지 P115)을 참조하게 된다. 이에 따라서 영상 전송시 오류가 발생하더라도 다음 GOP(I120, P121 내지 P126)의 I 프레임(I120)부터는 아무런 참조 없이 새롭게 압축이 되므로, 이전의 오류에 의한 영향을 받지 않는다.As shown in FIG. 1, each of the conventional P frames P111 to P116 refers to an I frame I110 and a previous P frame P111 to P115 in a corresponding group of picture (GOP). Accordingly, even if an error occurs during image transmission, since the I frame I120 of the next GOPs I120 and P121 to P126 is newly compressed without any reference, it is not affected by the previous error.

즉 오류에 의해 화질이 저하 되어도 새롭게 삽입되는 I 프레임은 이전의 결 과에 아무런 영향을 받지 않고 새롭게 압축되어 전송된 것이므로, 오류가 더 이상 전파되지 않는다. 이에 따라, 사용자가 볼 때에는 화질이 점점 나빠지다가 주기적으로 좋아지는 것 처럼 보이는데, 이를 리프레쉬(refresh)라고 한다. 즉 I 프레임(I120)이 삽입될 때 마다 리프레쉬가 일어난다.That is, even if the image quality is degraded due to an error, the newly inserted I frame is newly compressed and transmitted without any influence on the previous result, so that the error is no longer propagated. Accordingly, when the user sees it, the picture quality deteriorates gradually and seems to improve periodically. This is called refresh. That is, refresh occurs every time the I frame I120 is inserted.

도 2는 종래의 I 프레임의 인코딩과 디코딩을 위한 영상 처리 장치의 구성을 나타내는 블럭구성도이고, 도 3은 종래의 P 프레임의 인코딩과 디코딩을 위한 영상 처리 장치의 구성을 나타내는 블럭구성도다.2 is a block diagram showing the configuration of an image processing apparatus for encoding and decoding a conventional I frame, and FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of an image processing apparatus for encoding and decoding a conventional P frame.

종래의 I 프레임의 인코딩과 디코딩을 위한 영상 처리 장치는, 도 2에 도시된 바와 같이, DCT(Discrete Cosine Transform) 회로(211)와, 양자화기(212)와, 가변장 부호화기(213) 등이 구비된 I 프레임 인코더(210)와, 가변장 복호화기(221)와, 제1 역양자화기(222)와, 제1 역DCT 회로(223) 등이 구비된 I 프레임 디코더(220)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 2, a conventional image processing apparatus for encoding and decoding an I frame includes a DCT (Discrete Cosine Transform) circuit 211, a quantizer 212, a variable length encoder 213, and the like. Including an I frame encoder 210, a variable length decoder 221, a first inverse quantizer 222, an I frame decoder 220 provided with a first inverse DCT circuit 223, etc. It is composed.

상기와 같이 구성되는 종래의 I 프레임의 인코딩과 디코딩을 위한 영상 처리 장치의 동작을 설명한다.An operation of an image processing apparatus for encoding and decoding a conventional I frame configured as described above will be described.

입력버퍼로부터 I 프레임 인코더(210)로 입력된 영상 데이터에 대하여 상기 DCT 회로(211)와 상기 양자화기(212)는 공간적 상관관계에 따른 공간적 압축을 수행하여 출력시킨다. 상기 가변장 부호화기(213)는 상기 공간적 압축이 행하여진 영상 데이터를 가변 길이 부호화를 시킴으로써 I 프레임을 구성하여 출력시킨다. 상기 I 프레임은 출력버퍼를 통하여 영상을 구성하는 다른 영상 프레임과 함께 전체 영상 정보로 구성되어 저장수단에 저장되거나, 적절한 전송매체를 통하여 원하는 수신수단으로 전송되어 진다.The DCT circuit 211 and the quantizer 212 perform spatial compression based on spatial correlation and output the image data input from the input buffer to the I frame encoder 210. The variable length encoder 213 constructs and outputs an I frame by performing variable length coding on the image data subjected to the spatial compression. The I frame is composed of all the image information together with other image frames constituting the image through the output buffer and stored in the storage means, or transmitted to the desired receiving means through a suitable transmission medium.

한편, 상기와 같이 구성된 I 프레임이 I 프레임 디코더(220)로 입력되면, 상기 가변장 복호화기(221)는 가변 길이 복호를 수행한 후 상기 제1 역양자화기(222)로 출력시킨다. 상기 제1 역양자화기(222)는 상기 출력을 역양자화시키고, 상기 제1 역DCT 회로(223)는 역 DCT를 수행하여 영상데이터를 출력시킨다.On the other hand, when the I frame configured as described above is input to the I frame decoder 220, the variable length decoder 221 performs variable length decoding and then outputs it to the first inverse quantizer 222. The first inverse quantizer 222 inverses the output, and the first inverse DCT circuit 223 performs inverse DCT to output image data.

한편, 종래의 P 프레임의 인코딩과 디코딩을 위한 영상 처리 장치는, 도 3에 도시된 바와 같이, DCT 회로(311)와, 양자화기(312)와, 가변장 부호화기(313), 제1 역양자화기(314)와, 제1 역DCT회로(315)와, 움직임예측 및 움직임보상부(317)와, 제1 가산기(318) 및 제2 가산기(316) 등이 구비된 P 프레임 인코더(310)와, 가변장 복호화기(321)와, 제2 역양자화기(322)와, 제2 역DCT 회로(323)와, 움직임 보상부(325) 및 제3 가산기(324) 등이 구비된 P 프레임 디코더(320)를 포함하여 구성된다.Meanwhile, a conventional image processing apparatus for encoding and decoding a P frame includes a DCT circuit 311, a quantizer 312, a variable length encoder 313, and a first inverse quantization as illustrated in FIG. 3. P frame encoder 310 provided with a device 314, a first inverse DCT circuit 315, a motion prediction and motion compensation unit 317, a first adder 318, a second adder 316, and the like. And a P frame including a variable length decoder 321, a second inverse quantizer 322, a second inverse DCT circuit 323, a motion compensator 325, a third adder 324, and the like. And a decoder 320.

상기와 같이 구성되는 종래의 P 프레임의 인코딩과 디코딩을 위한 영상 처리 장치의 동작을 설명한다.An operation of an image processing apparatus for encoding and decoding a conventional P frame configured as described above will be described.

입력버퍼로부터 I 프레임 인코더(310)로 입력된 영상 데이터에 대하여 상기 DCT 회로(311)와 상기 양자화기(312)는 공간적 상관관계에 따른 공간적 압축을 수행하여 출력시킨다. 상기 공간적 압축과정이 행해진 상기 양자화기(312)의 압축된 영상데이터는 상기 제1 역양자화기(314)와 상기 제1 역DCT 회로(315)를 통하여 역 양자화 및 역 DCT 등의 역변환을 거쳐 출력된다. 이와 같이 하여 복원된 영상 데이터는 영상 데이터 프레임 메모리(도면에 도시되지 않음)에 저장되어 이전 프레임 영상 데이터로 참조된다.The DCT circuit 311 and the quantizer 312 perform spatial compression based on spatial correlation and output the image data input from the input buffer to the I frame encoder 310. The compressed image data of the quantizer 312 subjected to the spatial compression process is output through inverse quantization and inverse DCT such as inverse quantization through the first inverse quantizer 314 and the first inverse DCT circuit 315. do. The image data reconstructed in this manner is stored in an image data frame memory (not shown) and referred to as previous frame image data.

즉, 상기 이전 프레임 영상 데이터는 상기 움직임예측 및 움직임보상부(317)에 의해 움직임 보상되고, 상기 제1 가산기(318)로 입력되는 상기 움직임 보상된 신호와 현재 프레임의 영상 데이터와의 차변 신호가 상기 DCT 회로(311)로 입력되게 된다.That is, the previous frame image data is motion compensated by the motion predictor and the motion compensator 317, and a debit signal between the motion compensated signal input to the first adder 318 and the image data of the current frame is It is input to the DCT circuit 311.

한편, 상기 움직임예측 및 움직임보상부(317)에서 계산된 움직임 벡터는 상기 제1 역DCT 회로(315)의 출력과 함께 상기 제2 가산기(316)로 입력된다.Meanwhile, the motion vector calculated by the motion prediction and motion compensation unit 317 is input to the second adder 316 together with the output of the first inverse DCT circuit 315.

상기 가변장 부호화기(313)는 상기 공간적 압축이 행하여진 영상 데이터를 가변 길이 부호화를 시킴으로써 P 프레임을 구성하여 출력시킨다. 상기 P 프레임은 출력버퍼를 통하여 영상을 구성하는 다른 영상 프레임과 함께 전체 영상 정보로 구성되어 저장수단에 저장되거나, 적절한 전송매체를 통하여 원하는 수신수단으로 전송되어 진다.The variable length encoder 313 forms and outputs a P frame by performing variable length coding on the image data subjected to the spatial compression. The P frame is composed of all the image information together with other image frames constituting the image through the output buffer and stored in the storage means, or transmitted to the desired receiving means through a suitable transmission medium.

한편, 상기와 같이 구성된 P 프레임이 P 프레임 디코더(320)로 입력되면, 상기 가변장 복호화기(321)는 가변 길이 복호를 수행한 후 상기 제2 역양자화기(322)로 출력시킨다. 상기 제2 역양자화기(322)는 상기 출력을 역양자화시키고, 상기 제2 역DCT 회로(323)는 역 DCT를 수행하여 출력시킨다. 움직임 보상부(325)에서는 움직임 벡터을 이용하여 움직임 보상을 수행하여 출력시킨다. 상기 제2 역DCT 회로(323)의 출력과 상기 움직임 보상부(325)의 출력이 가산되어 복원된 영상 데이터를 출력시킨다.On the other hand, if the P frame configured as described above is input to the P frame decoder 320, the variable length decoder 321 performs variable length decoding and then outputs it to the second inverse quantizer 322. The second inverse quantizer 322 dequantizes the output, and the second inverse DCT circuit 323 performs an inverse DCT to output the inverse quantizer. The motion compensator 325 performs motion compensation using the motion vector and outputs the motion compensation. The output of the second inverse DCT circuit 323 and the output of the motion compensator 325 are added to output the reconstructed image data.

위에서 설명한 바와 같이, I 프레임은 이전 프레임을 사용하지 않고 인코딩 하기 때문에 시간적(temporal) 예측을 하지 않으므로 임의 탐색과 에러의 전파를 막을 수 있는 능력을 가지는 반면에 압축 효율이 떨어지는 문제점이 있다. 반면에, P 프레임은 움직임 보상 예측(motion compensated prediction)을 사용하기 때문에, I 프레임에 비해서 압축 효율이 훨씬 좋지만, 한 번 에러가 발생하면 상기 에러가 지속적으로 전파되고, 시간적 예측 때문에 임의 탐색 시에는 P 프레임 위치에서부터 새로 디코딩을 시작할 수 없는 문제가 발생 한다. As described above, since I frame does not use temporal prediction because it encodes without using the previous frame, it has a capability of preventing random search and propagation of error, but has a problem of low compression efficiency. On the other hand, since P frames use motion compensated prediction, the compression efficiency is much better than that of I frames, but when an error occurs, the error is continuously propagated. A problem arises in that decoding cannot start anew from the P frame position.

본 발명은 에러의 영향을 제거하기 위한 목적이나, 임의 탐색 기능을 제공하기 위해서 삽입되는 I 프레임과 동일한 기능을 제공하면서, I 프레임에 비해서 상대적으로 압축 효율을 향상시킬 수 있는 PI(Predictive Intra) 프레임의 인코딩 및 디코딩 방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.The present invention provides a PI (Predictive Intra) frame that can improve the compression efficiency relative to an I frame while providing the same function as an I frame inserted for the purpose of eliminating the influence of an error or providing an arbitrary search function. Its purpose is to provide a method for encoding and decoding a.

본 발명은 상기 본 발명에 따른 PI 프레임을 이용한 영상 신호의 압축 및 복원 방법에 따른 영상 데이터의 PI 프레임 인코더 및 디코더를 제공함에 다른 목적이 있다.
Another object of the present invention is to provide a PI frame encoder and decoder for image data according to the method of compressing and decompressing a video signal using a PI frame.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 영상 데이터의 PI 프레임 인코딩 방법은, 입력된 영상신호에 대하여 가중 움직임 보상 예측 방법을 사용하여 예측된 신호와 원래의 입력된 영상신호와의 차이에 해당되는 잔여치만을 일정 크기 로 가중처리하여 인코딩시키는 단계와, 상기 인코딩된 잔여치를 사용하여 재구성된 잔여치를 생성시키는 단계와, 상기 재구성된 잔여치를 상기 일정 크기에 대응되는 크기로 스케일링 하여 재구성 프레임을 생성시키는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a PI frame encoding method of image data according to the present invention corresponds to a difference between a signal predicted using a weighted motion compensation prediction method and an original input video signal. Generating a reconstructed frame by weighting only the residual value to a predetermined size, generating a reconstructed residual value using the encoded residual value, and scaling the reconstructed residual value to a size corresponding to the predetermined size. Characterized in that comprises a step.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 영상 데이터의 PI 프레임 디코딩 방법은, 인코딩된 PI 프레임을 입력 받아 역변환을 시킨 후 일정 크기로 스케일링 시켜 프레임 버퍼로 출력시키는 단계와, 프레임 버퍼에 저장된 신호를 한 주기 지연시켜 움직임 보상 처리를 한후 상기 일정 크기에 대응되는 크기로 가중처리하여 출력시키는 단계와, 상기 프레임 버퍼로 출력되는 신호와 상기 가중 처리되어 출력된 신호를 가산시켜 복원된 영상 신호를 출력시키는 단계를 포함하여 구성된다.In order to achieve the above object, a method of decoding a PI frame of image data according to the present invention includes receiving an inverse transform of an encoded PI frame, scaling the result to a predetermined size, and outputting the result to a frame buffer, Performing a motion compensation process by delaying the period, weighting the output to a size corresponding to the predetermined size, and outputting the reconstructed video signal by adding the signal output to the frame buffer and the weighted output signal It is configured to include.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 영상 데이터의 PI 프레임 인코더는, 양자화기의 출력을 역양자화시켜 출력하는 제1 역양자화기와, 상기 제1 역양자화기의 출력을 이산 여현 복호화 처리시켜 출력하는 제1 역DCT 회로와, 상기 제1 역DCT 회로의 출력을 일정 크기로 스케일링시켜 출력하는 제1 스케일러와, 일정시간 지연된 상기 제1 스케일러의 출력으로부터 프레임의 움직임벡터를 구하여 출력시키는 움직임예측부와, 상기 움직임추정부의 출력을 일정 비율로 가중시켜 출력하는 제1 가중 처리부 및 상기 제1 가중 처리부의 출력과 입력된 영상 데이터를 가산시켜 출력시키는 제1 가산기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, a PI frame encoder of image data includes a first inverse quantizer for inversely quantizing and outputting an output of a quantizer, and a discrete cosine decoding for outputting the output of the first inverse quantizer. A motion estimator for obtaining and outputting a motion vector of a frame from an output of the first inverse DCT circuit, a first scaler for scaling the output of the first inverse DCT circuit to a predetermined magnitude, and an output of the first scaler that is delayed for a predetermined time; And a first adder for weighting and outputting the output of the motion estimation unit and a first adder for adding and outputting the output of the first weighting processor and the input image data.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 영상 데이터의 PI 프레임 디코더는, 제2 역DCT 회로의 출력을 일정크기로 스케일링하여 출력시키는 제2 스케 일러와, 상기 제2 스케일러의 이전 시간의 출력을 움직임 벡터을 이용하여 움직임 보상을 수행하여 출력시키는 움직임 보상부와, 상기 움직임 보상부의 출력을 일정비율로 가중처리하여 출력시키는 제2 가중 처리부와, 상기 제2 역DCT 회로의 출력과 상기 제2 가중 처리부의 출력을 가산시켜 복원된 영상 데이터를 출력시키는 제2 가산기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a PI frame decoder for image data, comprising: a second scaler for scaling and outputting an output of a second inverse DCT circuit to a predetermined size, and outputting a previous time of the second scaler; A motion compensator for performing motion compensation using a motion vector and outputting the motion compensation unit; a second weighting processor for weighting the output of the motion compensator at a predetermined ratio; and outputting the second inverse DCT circuit and the second weighting processor. And a second adder configured to output the reconstructed image data by adding the output of the output.

상기와 같이 구성 되는 본 발명에 따른 영상 데이터의 PI 프레임 인코딩과 디코딩을 위한 방법과 장치에 의하면, 압축 효율이 I 프레임보다 좋으면서 P 프레임과 유사하게 움직임 보상 예측을 이용하면서도, 재구성 프레임은 움직임 보상 예측에서의 잔여치만을 이용하는 PI 프레임을 사용하여 영상 데이터 처리를 함으로써, 인코딩 및 디코딩 과정에서 영상 데이터의 임의 탐색이나 에러 전파를 막을 수 있고, 동시에 종래의 방법에 의해 생성되는 I 프레임을 이용할 때 보다 더욱 향상된 압축 효율을 나타낼 수 있게 된다.According to the method and apparatus for encoding and decoding PI frame of image data according to the present invention configured as described above, the reconstruction frame is motion compensated while using the motion compensation prediction similar to the P frame while the compression efficiency is better than the I frame. By processing the image data using PI frames using only the residual values in the prediction, random search or error propagation of the image data can be prevented in the encoding and decoding process, and at the same time, the I frame generated by the conventional method is used. It is possible to exhibit more improved compression efficiency.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 영상 데이터의 PI 프레임의 인코딩과 디코딩을 위한 장치 및 방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, an apparatus and method for encoding and decoding PI frames of image data according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 4는 본 발명에 따른 PI 프레임 인코딩 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating a PI frame encoding method according to the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 PI 프레임 인코딩을 위해서는 먼저 인코딩 시키고자 하는 영상신호를 인코더에서 입력 받는다(S410).4, in order to encode a PI frame according to the present invention, an encoder first receives an image signal to be encoded (S410).

상기 인코더에 입력된 영상신호에 대하여 가중 움직임 보상 예측 방법을 사용하여 예측된 신호와 원래의 입력된 영상신호와의 차이에 해당되는 잔여치(Residual)만을 인코딩 시킨다(S420).Only the residual value corresponding to the difference between the predicted signal and the original input video signal is encoded using the weighted motion compensation prediction method on the video signal input to the encoder (S420).

상기 과정에서 인코딩된 잔여치를 처리하여 재구성된 잔여치를 생성한다(S430).The residual value encoded in the process is processed to generate a reconstructed residual value (S430).

상기 과정에 따라 재구성된 잔여치가 생성되면, 상기 재구성된 잔여치만을 일정 크기로 스케일링 시킴으로써 재구성 프레임이 생성된다(S440).When the reconstructed residual value is generated according to the above process, the reconstructed frame is generated by scaling only the reconstructed residual value to a predetermined size (S440).

상기 과정에 따라서 생성된 재구성 프레임은 부호화기에 의해 부호화 과정을 거쳐 인코딩된 PI 프레임으로 출력된다(S450). 상기 PI 프레임은 출력버퍼를 통하여 영상을 구성하는 다른 영상 프레임과 함께 전체 영상 정보로 구성되어 저장수단에 저장되거나, 적절한 전송매체를 통하여 원하는 수신수단으로 전송되어 진다.The reconstructed frame generated according to the above process is output as an encoded PI frame through an encoding process by the encoder (S450). The PI frame is composed of all the image information together with other image frames constituting the image through the output buffer and stored in the storage means, or transmitted to the desired receiving means through a suitable transmission medium.

상기와 같은 과정에 따라서 인코딩된 PI 프레임이 PI 프레임 디코더에 의해 복원되는 과정을 설명한다.A process of restoring the encoded PI frame by the PI frame decoder according to the above process will be described.

먼저, 인코딩된 PI 프레임이 PI 프레임 디코더로 입력되면, 복호화 과정 및 역양자화와 역DCT 등의 역변환 과정을 거친 후 일정 크기로 스케일링 되어 프레임 버퍼에 저장 된다. 상기 프레임 버퍼에 저장된 스케일링 처리된 데이터는 일정 시간 지연된 후 움직임 보상을 거쳐 상기 일정 크기에 대응되는 크기로 가중처리 되고, 한 주기 이후 시간에 입력되어 역변환 과정을 거친 신호에 가산됨으로써 원래의 영상 신호로 복원되어 출력되게 된다.First, when the encoded PI frame is input to the PI frame decoder, the encoded PI frame is decoded, inversely quantized, and inversely transformed to inverse DCT, and then scaled to a predetermined size and stored in the frame buffer. The scaled data stored in the frame buffer is delayed for a predetermined time, weighted to a size corresponding to the predetermined size through motion compensation, and added to a signal input after a period and subjected to an inverse conversion process to the original video signal. The output will be restored.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 PI 프레임 인코딩과 디코딩을 위한 영상 신호 처리 장치를 나타낸 도면이다.5 is a diagram illustrating an image signal processing apparatus for PI frame encoding and decoding according to an embodiment of the present invention.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 PI 프레임 인코딩과 디코딩을 위한 영상 신호 처리 장치는, PI 프레임 인코더(510)와 PI 프레임 디코더 (510)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 5, an apparatus for processing video signals for PI frame encoding and decoding according to an embodiment of the present invention includes a PI frame encoder 510 and a PI frame decoder 510.

상기 PI 프레임 인코더(510)는, DCT 회로(511)와, 양자화기(512)와, 가변장 부호화기(513), 제1 역양자화기(514)와, 제1 역DCT회로(515)와, 움직임예측부(518)와, 제1 가중 처리부(517)와 제1 가산기(519) 및 제1 스케일러(516) 등이 구비된 다.The PI frame encoder 510 includes a DCT circuit 511, a quantizer 512, a variable length encoder 513, a first inverse quantizer 514, a first inverse DCT circuit 515, The movement predictor 518, the first weight processor 517, the first adder 519, the first scaler 516, and the like are provided.

상기 PI 프레임 디코더(520)는, 가변장 복호화기(521)와, 제2 역양자화기(522)와, 제2 역DCT 회로(523)와, 제2 스케일러(527)와, 움직임 보상부(526)와, 제2 가중 처리부(525)와, 제2 가산기(524) 등이 구비된다.The PI frame decoder 520 includes a variable length decoder 521, a second inverse quantizer 522, a second inverse DCT 523, a second scaler 527, and a motion compensator ( 526, a second weighting processor 525, a second adder 524, and the like.

상기와 같은 구성요소를 갖는 본 발명의 일실시예에 따른 PI 프레임 인코딩과 디코딩을 위한 영상 신호 처리 장치의 동작을 설명한다.An operation of an image signal processing apparatus for encoding and decoding PI frames according to an embodiment of the present invention having the above components will be described.

먼저, 상기 PI 프레임 인코더(510)에 의해 PI 프레임이 생성되는 과정을 설명한다. 본 발명에 따른 PI 프레임은 가중 움직임 보상 예측(weighted motion compensated prediction)의 잔여치만을 인코딩한다. 따라서 통상적인 I 프레임 보다는 압축 효율이 더 향상되게 된다.First, a process of generating a PI frame by the PI frame encoder 510 will be described. PI frames according to the present invention encode only the residuals of weighted motion compensated prediction. Therefore, the compression efficiency is further improved than the conventional I frame.

이를 상세히 설명하면, 먼저, 도시되지 않은 입력 버퍼를 통하여 PI 프레임 인코더(510)로 영상 데이터가 입력된다.In detail, first, image data is input to the PI frame encoder 510 through an input buffer (not shown).

DCT 회로(511)는 입력되는 영상 데이터를 이산 여현 변환시켜 변환 계수를 출력시킨다.The DCT circuit 511 performs discrete cosine transform on the input image data to output the transform coefficients.

양자화기(512)는 상기 DCT 회로(511)로부터 출력되는 변환계수를 양자화시켜 출력시키고, 가변장 부호화기(513)는 상기 양자화기(512)에서 출력된 양자화값을 가변 길이 부호화시켜 출력시키게 된다.The quantizer 512 quantizes and outputs a transform coefficient output from the DCT circuit 511, and the variable length encoder 513 outputs the quantized value output from the quantizer 512 by variable length coding.

또한, 제1 역양자화기(514)는 상기 양자화기(512)의 출력을 역양자화시켜 출력시키고, 제1 역DCT회로(515)는 상기 제1 역양자화기(514)의 출력을 이산 여현 복호화 처리시켜 출력시킨다.In addition, the first inverse quantizer 514 dequantizes the output of the quantizer 512 and outputs the first inverse quantizer 514. The first inverse DCT circuit 515 decodes the output of the first inverse quantizer 514 by discrete cosine decoding. Process and output

제1 스케일러(516)는 상기 제1 역DCT회로(515)의 출력을 일정 크기로 스케일링시켜 출력시킨다.The first scaler 516 scales and outputs the output of the first inverse DCT circuit 515 to a predetermined size.

즉, 상기 제1 역DCT회로(515)의 출력을 DCT-1(t)라 하면, 상기 제1 스케일러(516)를 통과한 신호 rPI(t)는 다음의 수학식 1로 표현된다.That is, when the output of the first inverse DCT circuit 515 is DCT -1 (t), the signal r PI (t) passing through the first scaler 516 is represented by the following equation (1).

(수학식 1)(Equation 1)

rPI(t)= DCT-1(t) * Sr PI (t) = DCT -1 (t) * S

상기 S 는 스케일링 펙터이고, 통상적으로 2 를 사용함이 바람직하다.S is a scaling factor, and it is preferable to use 2 in general.

한편, 움직임예측부(518)는 일정시간 지연된 상기 제1 스케일러(516)의 출력으로부터 프레임의 움직임벡터를 구하여 출력시킨다.Meanwhile, the motion predictor 518 obtains and outputs a motion vector of the frame from the output of the first scaler 516 which is delayed for a predetermined time.

제1 가중 처리부(517)는 상기 움직임예측부(518)의 출력에 일정 수치를 가중시켜 출력시킨다.The first weighting processor 517 weights and outputs a predetermined value to the output of the motion predicting unit 518.

즉, 제1 가중 처리부(517)의 출력을 WE(t)라 하면, 상기 제1 가중 처리부(517)를 통과한 신호 WE(t)는 상기 움직임예측부(518)의 출력 ME(t)와 관련하여 다음의 수학식 2로 표현된다.That is, when the output of the first weighting processor 517 is WE (t), the signal WE (t) passing through the first weighting processor 517 is equal to the output ME (t) of the motion predictor 518. In relation to this, it is represented by the following formula (2).

(수학식 2)(Equation 2)

WE(t)=ME(t)/WWE (t) = ME (t) / W

상기 W 는 가중 인자(weighting factor) 이고, W > 1 이다. W 는 통상적으로 2 를 사용한다. 이때, 상기 스케일링 펙터 S 와 가중 펙터 W 사이에는 S = W/(W-1) 의 관계에 있게 된다.W is a weighting factor and W> 1. W typically uses 2. At this time, the scaling factor S and the weighting factor W are in a relationship of S = W / (W-1).

제1 가산기(519)는 상기 제1 가중 처리부(517)의 출력과 입력된 영상 데이터를 가산시켜 상기 DCT 회로(511)로 출력시키게 된다.The first adder 519 adds the output of the first weight processor 517 and the input image data and outputs the added image data to the DCT circuit 511.

이와 같은 과정에 의하여, 재구성 프레임을 만들 경우에, 인코딩 되는 잔여치를 재구성한 후 스케일링 해서 재구성 프레임을 구성하게 되므로, 재구성 프레임은 이전의 프레임들에 의한 영향을 받지 않게 된다.In this process, when a reconstruction frame is created, the reconstruction frame is not affected by previous frames because the residuals to be encoded are reconstructed and then scaled to form the reconstruction frame.

이하에서, 상기 PI 프레임 인코더(510)에 생성된 PI 프레임이 PI 프레임 디코더(520)에 의해서 디코딩되는 과정을 설명한다.Hereinafter, a process in which the PI frame generated in the PI frame encoder 510 is decoded by the PI frame decoder 520 will be described.

상기 PI 프레임 인코더(510)에 생성된 PI 프레임이 상기 PI 프레임 디코더(520)에 입력된다.The PI frame generated by the PI frame encoder 510 is input to the PI frame decoder 520.

가변장 복호화기(521)는 입력된 상기 PI 프레임 데이터를 입력 받아 가변 길이 복호를 수행하여 출력시킨다. 제2 역양자화기(522)는 상기 가변장 복호화기(521)의 출력을 역 양자화하여 출력시키고, 제2 역DCT 회로(523)는 상기 제2 역양자화기(522)의 출력을 역 DCT를 수행하여 출력시킨다.The variable length decoder 521 receives the input PI frame data and performs variable length decoding to output the received PI frame data. The second inverse quantizer 522 inversely quantizes and outputs the output of the variable length decoder 521, and the second inverse DCT circuit 523 outputs an inverse DCT to the output of the second inverse quantizer 522. Run it and print it out.

제2 스케일러(527)는 상기 제2 역DCT 회로(523)의 출력을 일정크기로 스케일링하여 출력시킨다.The second scaler 527 scales and outputs the output of the second inverted DCT circuit 523 to a predetermined size.

움직임 보상부(526)는 상기 제2 스케일러(527)의 이전 시간의 출력을 움직임 벡터을 이용하여 움직임 보상을 수행하여 출력시키고, 제2 가중 처리부(525)는 상기 움직임 보상부(526)의 출력을 일정 비율로 가중처리하여 출력시킨다.The motion compensator 526 outputs the previous time output of the second scaler 527 by performing motion compensation using a motion vector, and the second weight processor 525 outputs the output of the motion compensator 526. Output by weighting process at a certain ratio

제2 가산기(524)는 상기 제2 역DCT 회로(523)의 출력과 상기 제2 가중 처리부(525)의 출력을 가산시켜 복원된 영상 데이터를 출력시키게 된다.The second adder 524 adds the output of the second inverse DCT circuit 523 and the output of the second weighting processor 525 to output the reconstructed image data.

이상에서 본 발명의 따른 PI 프레임을 이용한 영상 신호 처리 장치 및 방법에 대하여 일실시예를 들어 상세히 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 기술적 사상의 기초를 벗어나지 않고 변경 및 수정을 하더라도 본 발명에 포함되는 것이며, 그러한 사실은 당업자에게 자명할 것이다.The image signal processing apparatus and method using the PI frame according to the present invention have been described in detail with reference to an embodiment. However, the present invention is not limited thereto, but changes and modifications are included in the present invention without departing from the spirit of the present invention, and the facts will be apparent to those skilled in the art.

본 발명에 따르면, 이전의 프레임에서 에러가 발생하더라도 PI 프레임의 재구성 프레임은 이전 프레임의 에러에 무관하게 만들어질 수 있으므로, PI 프레임 이후의 P 프레임 또는 B 프레임에서는 에러의 영향이 제거된다.According to the present invention, even if an error occurs in the previous frame, since the reconstructed frame of the PI frame can be made regardless of the error of the previous frame, the effect of the error is eliminated in the P frame or the B frame after the PI frame.

본 발명에 따라 구성되는 PI 프레임은 P 프레임과 I 프레임 사이의 압축 효율을 가지면서 시간적 예측을 막을 수 있게 한다. 따라서, I 프레임보다 더욱 향상 된 압축 효율을 나타낼 수 있고, 동시에 임의 탐색 기능 제공 및 에러의 전파를 막는 I 프레임의 기능을 동시에 할 수 있다. 또한, 임의 탐색 시에는 PI 프레임을 디코딩 하고 나면, 그 다음의 P 프레임 또는 B 프레임부터는 정상적으로 디코딩을 할 수 있는 효과가 있다.The PI frame constructed in accordance with the present invention can prevent temporal prediction while having a compression efficiency between the P frame and the I frame. Therefore, the compression efficiency can be further improved than that of the I frame, and at the same time, the function of the I frame which provides random search function and prevents the propagation of an error can be simultaneously performed. In addition, during the random search, after decoding the PI frame, the next P frame or B frame can be decoded normally.

Claims (4)

입력된 영상신호에 대하여 가중 움직임 보상 예측 방법을 사용하여 예측된 신호와 원래의 입력된 영상신호와의 차이에 해당되는 잔여치만을 일정 크기로 가중처리하여 인코딩시키는 단계와;Weighting and processing only the residual value corresponding to the difference between the predicted signal and the original input video signal by using a weighted motion compensation prediction method with respect to the input video signal; 상기 인코딩된 잔여치를 사용하여 재구성된 잔여치를 생성시키는 단계와;Generating a reconstructed residual using the encoded residual; 상기 재구성된 잔여치를 상기 일정 크기에 대응되는 크기로 스케일링 하여 재구성 프레임을 생성시키는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 영상 데이터의 PI 프레임 인코딩 방법.And generating a reconstructed frame by scaling the reconstructed residual to a size corresponding to the predetermined size. 인코딩된 PI 프레임을 입력 받아 역변환을 시킨 후 일정 크기로 스케일링 시켜 프레임 버퍼로 출력시키는 단계와;Receiving the encoded PI frame by performing inverse transformation, scaling the image to a predetermined size, and outputting the result to the frame buffer; 프레임 버퍼에 저장된 신호를 한 주기 지연시켜 움직임 보상 처리를 한후 상기 일정 크기에 대응되는 크기로 가중처리하여 출력시키는 단계와;Delaying the signal stored in the frame buffer by one period to perform motion compensation processing, and then weighting and processing the signal to a size corresponding to the predetermined size; 상기 프레임 버퍼로 출력되는 신호와 상기 가중 처리되어 출력된 신호를 가산시켜 복원된 영상 신호를 출력시키는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 영상 데이터의 PI 프레임 디코딩 방법.And outputting the reconstructed image signal by adding the signal output to the frame buffer and the weighted processed output signal. 양자화기에서 출력된 양자화값을 가변 길이 부호화시켜 출력하는 가변장 부호화기와;A variable length encoder for variable length encoding the quantized value output from the quantizer; 상기 양자화기의 출력을 역양자화시켜 출력하는 제1 역양자화기와;A first inverse quantizer for inversely quantizing and outputting the output of the quantizer; 상기 제1 역양자화기의 출력을 이산 여현 복호화 처리시켜 출력하는 제1 역DCT 회로와;A first inverse DCT circuit for outputting the output of the first inverse quantizer by discrete cosine decoding; 상기 제1 역DCT 회로의 출력을 일정 크기로 스케일링시켜 출력하는 제1 스케일러와;A first scaler configured to output an output of the first inverse DCT circuit by scaling a predetermined size; 일정시간 지연된 상기 제1 스케일러의 출력으로부터 프레임의 움직임벡터를 구하여 출력시키는 움직임추정부와;A motion estimation unit for obtaining and outputting a motion vector of the frame from the output of the first scaler delayed by a predetermined time; 상기 움직임추정부의 출력을 일정 비율로 가중시켜 출력하는 제1 가중 처리부와;A first weighting processor configured to weight the output of the motion estimation unit at a predetermined ratio and output the weighted output unit; 상기 제1 가중 처리부의 출력과 입력된 영상 데이터를 가산시켜 출력시키는 제1 가산기;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 영상 데이터의 PI 프레임 인코더.And a first adder for adding and outputting the output of the first weighting unit and the input image data. 제2 역DCT 회로의 출력을 일정크기로 스케일링하여 출력시키는 제2 스케일러와;A second scaler configured to scale and output an output of the second inverse DCT circuit to a predetermined size; 상기 제2 스케일러의 이전 시간의 출력을 움직임 벡터을 이용하여 움직임 보상을 수행하여 출력시키는 움직임 보상부와;A motion compensator for outputting the output of the previous time of the second scaler by performing motion compensation using a motion vector; 상기 움직임 보상부의 출력을 일정비율로 가중처리하여 출력시키는 제2 가중 처리부와;A second weighting processor configured to weight the output of the motion compensation unit at a predetermined ratio and output the weighted processing unit; 상기 제2 역DCT 회로의 출력과 상기 제2 가중 처리부의 출력을 가산시켜 복 원된 영상 데이터를 출력시키는 제2 가산기;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 영상 데이터의 PI 프레임 디코더.And a second adder configured to add the output of the second inverse DCT circuit and the output of the second weighting processor to output the restored image data. 2.
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