KR100712532B1 - 단일표현과 다중표현 전환을 이용한 동영상 변환부호화장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

단일표현과 다중표현 전환을 이용한 동영상 변환부호화 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 변환부호화 장치는 복호화부, 단일표현-다중표현 결정부, 및 변환부호화부를 구비한다. 복호화부는 압축된 동영상을 복호화하여 프레임별로 동영상 헤더, 움직임 벡터, 및 DCT 계수를 발생한다. 단일표현-다중표현 결정부는 상기 압축된 동영상이 전송될 채널에서의 에러발생 가능성에 응답하여 단일표현으로 부호화할지 또는 다중표현으로 부호화할지 결정한다. 변환부호화부는 상기 단일표현으로 부호화하는 것으로 결정된 경우 상기 DCT 계수를 상기 동영상 헤더 및 움직임 벡터와 함께 부호화하고, 상기 다중표현으로 부호화하는 것으로 결정된 경우 상기 DCT 계수를 복수의 DCT 계수들로 분할하고 상기 분할된 각각의 DCT 계수를 상기 동영상 헤더 및 움직임 벡터와 함께 각각 부호화한다. 본 발명은 에러가 많이 발생하는 채널환경에서는 다중표현으로 부호화함으로써 에러에 대한 강인성을 높일 수 있고, 에러가 적게 발생하는 채널환경에서는 단일표현으로 부호화함으로써 압축 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.
단일표현, 다중표현, 변환부호화, 라그랑제 코스트

Description

단일표현과 다중표현 전환을 이용한 동영상 변환부호화 장치 및 방법{Apparatus and method for transcoding video error-resiliently using single description and multiple description switching}
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 종래의 공간적 국소화 방법에 대한 흐름도이다.
도 2는 종래의 시간적 국소화 방법에 대한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 변환부호화 장치의 블록도이다.
도 4는 도 3의 다중표현 변환부호화부의 블록도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 변환부호화 장치에서 단일표현으로 부호화할지 또는 다중표현으로 부호화할지 결정하는 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명은 동영상 부호화 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 압축된 동영상을 전송할 때 에러가 발생하기 쉬운 환경에서는 다중표현으로 변환부호화하고 에 러가 없는 환경에서는 단일표현으로 변환부호화하고 방법 및 장치에 관한 것이다.
근래에 멀티미디어 기술은 비약적으로 발전하고 있으며, 이에 따라 오디오, 이미지, 동영상 등을 포함한 멀티미디어 데이터들에 대한 수요도 증가하고 있다. 멀티미디어 데이터들에 대한 수요의 증가에 따라 대용량의 멀티미디어 데이터가 전송된다.
한편, 대용량의 멀티미디어 데이터가 이동전화, PDA 등과 같은 소형 사용자 단말기에 사용되기 위해서는 전송환경, 사용자 단말기의 능력 등을 고려하여 적합한 형태로 변환부호화되어 전송되어야 한다. 예를 들어, 고화질로 압축된 동영상 데이터(즉, 압축된 동영상)는 비트 레이트(bit rate), 프레임 사이즈(frame size), 프레임 레이트(frame rate), 동영상 포맷(format) 등이 변환부호화되어 전송된다.
특히, 무선통신을 이용하여 압축된 동영상이 전송되는 경우, 압축된 동영상은 에러에 강인하게 변환부호화될 필요성이 있다. 즉, 전송되는 채널환경에 따라 압축된 동영상의 에러에 대한 강인성을 변환되도록 압축된 동영상을 변환부호화하는 것이 중요하다.
MPEG, H.26x와 같은 동영상 압축방법들은 인접정보 간의 연관관계를 이용하여 압축효율을 높인다. 그러나, 이러한 압축방법들에서는, 압축된 동영상 중 일부에 에러가 발생되는 경우 발생된 에러가 주변으로 전파되므로, 동영상의 화질이 크게 저하되는 문제점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해서 채널의 환경에 따라 에러에 대한 강인성을 변환하여 압축된 동영상을 변환부호화하는 방법이 사용되는데, 대표적인 방법으로 에러를 공간적으로 국소화하는 방법(즉, 공간적 국소화(spatial localization) 방법)과 에러를 시간적으로 국소화하는 방법(즉, 시간적 국소화(temporal localization) 방법)이 있다.
공간적 국소화 방법은 슬라이스 헤더, GOB 헤더 등의 싱크 마커(sync marker)들을 자주 추가함으로써 에러의 공간적 전파를 막는 것이다.
하나의 슬라이스 또는 GOB에서 에러가 발생되는 경우 새로운 싱크 마커를 만나기 전까지 에러는 공간적으로 전파된다. 따라서, 공간적 국소화 방법은 싱크 마커들 사이의 간격을 줄임으로써, 에러의 전파를 작은 영역으로 한정시킨다.
도 1은 종래의 공간적 국소화 방법에 대한 흐름도이다.
먼저 압축된 동영상으로부터 헤더 정보와 움직임 벡터를 복호화한다(S101). 그 후, 공간적 국소화를 위한 새로운 움직임 벡터를 발생하고, 새로운 움직임 벡터를 이용하여 움직임 보상을 수행한다(S103).
움직임 보상이 완료된 후의 과정은 통상적인 동영상 압축방법에서의 과정과 동일하다. 즉, 움직임 보상이 완료된 블록의 데이터들을 지그재그 스캔한 후 양자화하고 DCT 변환하며(S105), DCT 변환된 데이터들을 엔트로피 부호화하여 다시 압축함으로써(S107) 공간적 국소화 방법을 이용한 변환부호화가 완료된다.
시간적 국소화 방법은 시간적인 중복성을 이용하는 인터 매크로 블록을 독립적인 인트라 매크로 블록으로 변경함으로써, 에러의 시간적 전파를 한정시키는 방법이다.
인트라 매크로 블록은 움직임 보상을 사용하지 않는다. 따라서, 시간적 국소 화 방법은 인트라 매크로 블록으로 변경하여 에러가 발생된 참조 프레임을 참조하는 것을 방지함으로써 에러의 전파를 막는다.
도 2는 종래의 시간적 국소화 방법에 대한 흐름도이다.
먼저 압축된 동영상으로부터 움직임 벡터, DCT 계수 등을 복호화하고(S201), 움직임 벡터를 이용하여 인터 매크로 블록을 인트라 매크로 블록으로 변경한다(S203).
인크라 매크로 블록의 데이터들을 지그재그 스캔한 후 양자화하고 DCT 변환하며(S205), DCT 변환된 데이터들을 엔트로피 부호화하여 다시 압축함으로써(S207) 시간적 국소화 방법을 이용한 변환부호화가 완료된다.
그러나, 종래의 공간적 국소화 방법과 시간적 국소화 방법은 에러가 발생하기 쉬운 채널 환경에서는 에러의 전파를 효과적으로 막지 못하므로, 전송된 동영상의 화질이 크게 저하되는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 압축된 동영상을 전송할 때 에러가 발생하기 쉬운 환경에서는 다중표현으로 변환부호화하고 에러가 없는 환경에서는 단일표현으로 변환부호화하는 장치를 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자하는 다른 기술적 과제는 압축된 동영상을 전송할 때 에러가 발생하기 쉬운 환경에서는 다중표현으로 변환부호화하고 에러가 없는 환경에서는 단일표현으로 변환부호화하는 방법을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 변환부호화 장치는 복호화부, 단일표현-다중표현 결정부, 및 변환부호화부를 구비한다. 복호화부는 압축된 동영상을 복호화하여 프레임별로 동영상 헤더, 움직임 벡터, 및 이산 코사인 변환(Discrete Cosine Transform: DCT) 계수를 발생한다. 단일표현-다중표현 결정부는 상기 압축된 동영상이 전송될 채널에서의 에러발생 가능성에 응답하여 단일표현으로 부호화할지 또는 다중표현으로 부호화할지 결정한다. 변환부호화부는 상기 단일표현으로 부호화하는 것으로 결정된 경우 상기 DCT 계수를 상기 동영상 헤더 및 움직임 벡터와 함께 부호화함으로써 단일표현으로 부호화하고, 상기 다중표현으로 부호화하는 것으로 결정된 경우 상기 DCT 계수를 복수의 DCT 계수들로 분할하고 상기 분할된 각각의 DCT 계수를 상기 동영상 헤더 및 움직임 벡터와 함께 각각 부호화함으로써 다중표현으로 부호화한다.
상기 변환부호화부는 단일표현 변환부호화부 및 다중표현 변환부호화부를 구비한다. 다중 변환부호화부는 시작위치 결정부, DCT 계수 분할부, 및 압축 부호화부를 구비한다. 시작위치 결정부는 상기 DCT 계수의 주파수 특징에 응답하여, 소정의 스캐닝 순서에서 DCT 계수의 분할이 시작되는 시작위치를 결정한다. DCT 계수 분할부는 상기 시작위치에 응답하여 상기 DCT 계수의 데이터들 중 상기 시작위치 이전의 데이터들은 상기 분할된 복수의 DCT 계수에 모두 포함되도록 하고, 상기 시작위치 이후의 데이터들은 상기 분할된 복수의 DCT 계수에 번갈아 포함되도록 하여 상기 분할된 복수의 DCT 계수를 발생한다. 압축 부호화부는 상기 분할된 복수의 DCT 계수 각각을 상기 동영상 헤더 및 움직임 벡터와 함께 각각 부호화한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 변환부호화 장치는 복호화부, 단일표현-다중표현 결정부, 및 변환부호화부를 구비한다. 복호화부는 압축된 동영상을 복호화하여 프레임별로 동영상 헤더, 움직임 벡터, 및 DCT 계수를 발생한다. 단일표현-다중표현 결정부는 상기 압축된 동영상이 전송될 채널에 대한 상기 프레임의 각 화소에서의 복원오차의 합에 응답하여 결정되는 단일표현 라그랑제 코스트와 다중표현 라그랑제 코스트를 비교하여 단일표현으로 부호화할지 또는 다중표현으로 부호화할지 결정한다. 변환부호화부는 상기 단일표현으로 부호화하는 것으로 결정된 경우 상기 DCT 계수를 상기 동영상 헤더 및 움직임 벡터와 함께 부호화함으로써 단일표현으로 부호화하고, 상기 다중표현으로 부호화하는 것으로 결정된 경우 상기 DCT 계수를 복수의 DCT 계수들로 분할하고 상기 분할된 각각의 DCT 계수를 상기 동영상 헤더 및 움직임 벡터와 함께 각각 부호화함으로써 다중표현으로 부호화한다.
상기 단일표현 라그랑제 코스트는 상기 복원오차의 합이고, 상기 다중표현 라그랑제 코스트는 중복량과 소정의 라그랑제 승수의 곱과 상기 복원오차의 합이며, 상기 단일표현-다중표현 결정부는 상기 단일표현 라그랑제 코스트가 상기 다중표현 라그랑제 코스트보다 크면 다중표현으로 부호화하는 것으로 결정하고, 상기 다중표현 라그랑제 코스트가 상기 단일표현 라그랑제 코스트보다 크면 단일표현으로 부호화하는 것으로 결정한다.
상기 변환부호화부는 단일표현 변환부호화부 및 다중표현 변환부호화부를 구비한다. 상기 다중표현 변환부호화부는 시작위치 결정부, DCT 계수 분할부, 및 압 축 부호화부를 구비한다. 시작위치 결정부는 상기 DCT 계수의 주파수 특징에 응답하여, 소정의 스캐닝 순서에서 DCT 계수의 분할이 시작되는 시작위치를 결정한다. DCT 계수 분할부는 상기 시작위치에 응답하여 상기 DCT 계수의 데이터들 중 상기 시작위치 이전의 데이터들은 상기 분할된 복수의 DCT 계수에 모두 포함되도록 하고, 상기 시작위치 이후의 데이터들은 상기 분할된 복수의 DCT 계수에 번갈아 포함되도록 하여 상기 분할된 복수의 DCT 계수를 발생한다. 압축 부호화부는 상기 분할된 복수의 DCT 계수 각각을 상기 동영상 헤더 및 움직임 벡터와 함께 각각 부호화하는 압축 부호화부를 구비한다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 변환부호화 방법은, 압축된 동영상을 복호화하여 프레임별로 동영상 헤더, 움직임 벡터, 및 이산 코사인 변환(Discrete Cosine Transform: DCT) 계수를 발생하는 단계, 상기 압축된 동영상이 전송될 채널에서의 에러발생 가능성에 응답하여 단일표현으로 부호화할지 또는 다중표현으로 부호화할지 결정하는 단계, 상기 단일표현으로 부호화하는 것으로 결정된 경우 상기 DCT 계수를 상기 동영상 헤더 및 움직임 벡터와 함께 부호화함으로써 단일표현으로 부호화하는 단계, 및 상기 다중표현으로 부호화하는 것으로 결정된 경우 상기 DCT 계수를 복수의 DCT 계수들로 분할하고 상기 분할된 각각의 DCT 계수를 상기 동영상 헤더 및 움직임 벡터와 함께 각각 부호화함으로써 다중표현으로 부호화하는 단계를 구비한다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 변환부호화 방법은 압축된 동영상을 복호화하여 프레임별로 동영상 헤더, 움직임 벡터, 및 이산 코사인 변환(Discrete Cosine Transform: DCT) 계수를 발생하는 단계, 상기 압축된 동영상이 전송될 채널에 대한 상기 프레임의 각 화소에서의 복원오차의 합에 응답하여 결정되는 단일표현 라그랑제 코스트와 다중표현 라그랑제 코스트를 비교하여 단일표현으로 부호화할지 또는 다중표현으로 부호화할지 결정하는 단계, 상기 단일표현으로 부호화하는 것으로 결정된 경우 상기 DCT 계수를 상기 동영상 헤더 및 움직임 벡터와 함께 부호화함으로써 단일표현으로 부호화하는 단계, 및 상기 다중표현으로 부호화하는 것으로 결정된 경우 상기 DCT 계수를 복수의 DCT 계수들로 분할하고 상기 분할된 각각의 DCT 계수를 상기 동영상 헤더 및 움직임 벡터와 함께 각각 부호화함으로써 다중표현으로 부호화하는 단계를 구비한다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 도면에 기재된 내용을 참조하여야 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 변환부호화 장치의 블록도이다.
변환부호화 장치(300)는 복호화부(310), 단일표현-다중표현 결정부(330), 및 변환부호화부(350)를 구비한다. 복호화부(310)는 압축된 동영상을 복호화하여 프레임별로 동영상 헤더, 움직임 벡터, 및 DCT 계수를 발생한다.
단일표현-다중표현 결정부(330)는 압축된 동영상이 전송될 채널에서의 에러 발생 가능성에 응답하여 단일표현으로 부호화할지 또는 다중표현으로 부호화할지 결정한다.
본 발명의 실시예에서 단일표현으로 부호화하는 것은, 복호화된 동영상 헤더, 움직임 벡터, 및 DCT 계수에 대한 변경 없이, 복호화된 동영상 헤더, 움직임 벡터, 및 DCT 계수를 그대로 소정의 부호화 방법으로 부호화하는 것을 의미한다.
또한 본 발명의 실시예에서 다중표현으로 부호화하는 것은, 복호화부(310)에서 프레임별로 복호화된 동영상 헤더, 움직임 벡터, 및 DCT 계수 중 DCT 계수를 복수의 DCT 계수로 분할하고, 분할된 각각의 DCT 계수와 함께 복호된 동영상 헤더 및 움직임 벡터를 각각 소정의 부호화 방법으로 부호화하는 것을 의미한다.
예를 들어, DCT 계수가 A, B, 및 C의 세 개의 DCT 계수로 분할될 수 있는 경우, DCT 계수를 다중표현으로 부호화하는 것은, DCT 계수(A), 동영상 헤더, 및 움직임 벡터를 부호화하는 표현, DCT 계수(B), 동영상 헤더, 및 움직임 벡터를 부호화하는 표현, 그리고 (DCT 계수(C), 동영상 헤더, 및 움직임 벡터를 부호화하는 표현의 세 개의 표현으로 부호화하는 것을 의미한다.
따라서, 단일표현-다중표현 결정부(330)는 에러가 발생할 가능성이 높은 채널에서는 하나의 압축된 동영상이 복수의 다중표현으로 변환부호화되도록 결정함으로써 에러에 강인한 전송이 가능하도록 한다. 또한, 단일표현-다중표현 결정부(330)는 에러가 발생할 가능성이 낮은 채널에서는 하나의 압축된 동영상이 하나의 단일표현으로 변환부호화되도록 결정함으로써 압축효율을 향상시킬 수 있도록 한다.
변환부호화부(350)는 단일표현 변환부호화부(370)와 다중표현 변환부호화부(390)를 구비한다.
단일표현 변환부호화부(370)는 단일표현으로 부호화하는 것으로 결정된 경우 복호화된 동영상 헤더, 움직임 벡터, 및 DCT 계수에 대한 변경 없이, 복호화된 동영상 헤더, 움직임 벡터, 및 DCT 계수를 그대로 소정의 부호화 방법으로 부호화한다. 한편, 본 발명의 실시예에서 이용되는 부호화방법은 압축된 동영상을 발생하기 위해 이용된 부호화 방법이 그대로 이용될 수 있다.
다중표현 변환부호화부(390)는 다중표현으로 부호화하는 것으로 결정된 경우 DCT 계수를 복수의 DCT 계수들로 분할하고 상기 분할된 각각의 DCT 계수를 상기 동영상 헤더 및 움직임 벡터와 함께 각각 부호화한다. 이하 도 4를 참조하여 다중표현 변환부호화부(390)의 구조 및 동작에 대해 설명한다.
도 4는 도 3의 다중표현 변환부호화부의 블록도이다.
다중표현 변환부호화부(390)는 시작위치 결정부(391), DCT 계수 분할부(393), 및 압축 부호화부(395)를 구비한다. 시작위치 결정부(391)는 DCT 계수의 주파수 특징에 응답하여, 소정의 스캐닝 순서에 기초하여 DCT 계수의 분할이 시작되는 시작위치를 결정한다.
예를 들어, 지그재그 스캐닝이 수행된 경우 지그재그 스캐닝된 매크로 블록에서, 스캐닝 순서에 따른 소정의 위치까지의 DCT 계수 데이터들은 저주파를 나타내며, 일반적으로 DCT에서는 저주파 영역의 DCT 계수 데이터들이 고주파 영역의 DCT 계수 데이터들보다 더 중요하다.
따라서, 본 발명의 실시예에서 시작위치 결정부(391)는 소정의 스캐닝 순서에 기초하여 DCT 계수 데이터들 중 저주파 특성을 갖는 DCT 계수 데이터까지의 위치를 시작위치로 결정한다.
또한, 본 발명의 실시예에서 시작위치는 다음 수학식에 의해 구할 수 있다.
Figure 112005050678993-pat00001
여기서, a는 DCT 계수가 계산되는 매크로 블록에 포함되는 화소의 수이고, b=2a이고, 0<시작위치<(a-1)이고, 그리고 PLR은 압축된 동영상이 전송될 채널에서의 패킷 손실율이다.
일반적으로 패킷 손실율이 크면 시작위치도 증가하게 되어 더 많은 DCT 계수 데이터가 중복된다. 패킷 손실율을 이용하는 본 발명의 실시예는, 비트율-왜곡 최적화(RD optimization) 방법을 이용하는 경우와 비교할 때, 복잡도가 작아지므로 변환부호화에 적합한 장점이 있다.
본 발명의 실시예에서 블록의 크기는 8×8이고, 이에 따라 a=64, b=128, 그리고 시작위치는 0부터 63 사이의 값을 갖는다. 예를 들어, DCT 계수 데이터들 중, 소정의 스캐닝 순서에서 첫 번째부터 15 번째까지의 데이터가 저주파 특성을 갖는다면, 시작위치는 15가 된다.
DCT 계수 분할부(393)는 시작위치에 응답하여 DCT 계수의 데이터들 중 시작위치 이전의 데이터들은 분할된 복수의 DCT 계수에 모두 포함되도록 하고, 시작위치 이후의 데이터들은 분할된 복수의 DCT 계수에 번갈아 포함되도록 하여 DCT 계수를 복수의 DCT 계수로 분할한다.
예를 들어, 시작위치가 15이고 DCT 계수를 A, B, C의 3개의 DCT 계수로 분할한다면, 소정의 스캐닝 순서에서 첫 번째부터 15 번째까지의 데이터들은 각각의 DCT 계수(A, B, C)에 모두 포함된다. 그리고 16 번째부터의 데이터들은 각각의 DCT 계수(A, B, C)에 번갈아 포함된다. 즉, 16 번째 데이터는 DCT 계수(A)에, 17 번째 데이터는 DCT 계수(B)에, 18 번째 데이터는 DCT 계수(C)에, 19 번째 데이터는 DCT 계수(A)에 포함되는 방식으로, 시작위치 이후의 데이터들이 각각의 DCT 계수에 번갈아 포함된다.
상술한 바와 같은 방법으로, DCT 계수 분할부(393)는 시작위치에 응답하여 DCT 계수를 복수의 DCT 계수들로 분할한다.
압축 부호화부(395)는 분할된 복수의 DCT 계수 각각을 동영상 헤더 및 움직임 벡터와 함께 각각 부호화한다.
예를 들어, DCT 계수가 A, B, 및 C 세 개의 DCT 계수로 분할되는 경우, 압축 부호화부(395)는 분할된 각각의 DCT 계수에 대해 각각 부호화를 수행한다. 즉, 압축부호화부(395)는, DCT 계수(A), 동영상 헤더, 및 움직임 벡터를 부호화하고, 분할된 DCT 계수(B), 동영상 헤더, 및 움직임 벡터를 부호화하고, 그리고 분할된 DCT 계수(C), 동영상 헤더, 및 움직임 벡터를 부호화한다.
상술한 바와 같이, DCT 계수가 A, B, 및 C 세 개의 DCT 계수로 분할되는 경우, 압축 부호화부(395)는 하나의 압축된 동영상을 3개로 다중표현으로 변환부호화한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 변환부호화 장치는 라그랑제 승수법을 이용하 여 단일표현으로 변환부호화할지 다중표현으로 변환부호화할지 결정한다.
즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 변환부호화 장치의 단일표현-다중표현 결정부는 압축된 동영상이 전송될 채널에 대해 프레임의 각 화소에서의 복원오차를 계산한 후, 각 화소에서의 복원오차의 합에 응답하여 단일표현 라그랑제 코스트와 다중표현 라그랑제 코스트를 계산하여 비교함으로써 단일표현으로 부호화할지 또는 다중표현으로 부호화할지 결정한다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 변환부호화 장치는, 단일표현-다중표현 결정부의 동작을 제외하고, 구성 및 동작에 있어 도 3의 변환부호화 장치와 동일하다. 따라서, 이하에서는 도 5를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 변환부호화 장치에서 단일표현으로 부호화할지 또는 다중표현으로 부호화할지 결정하는 동작에 대해 설명한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 변환부호화 장치에서 단일표현으로 부호화할지 또는 다중표현으로 부호화할지 결정하는 동작에 대해 설명하기 위한 흐름도이다. 다중표현으로 부호화할지 결정하는 동작은 단일표현-다중표현 결정부에서 수행된다.
복호화부에서 프레임별로 동영상 헤더 움직임 벡터, 및 DCT 계수가 복호화된 후(S501), 단일표현-다중표현 결정부는 압축된 동영상이 전송될 채널에 대해 주어지는 에러 모델에서의 라그랑제 코스트를 계산한다(S503).
일반적으로 채널이 결정되면 채널에서의 에러 모델 또한 결정된다. 본 발명의 실시예에서 라그랑제 코스트는 단일표현 및 다중표현 모두에 대해 계산된다. 또 한, 단일표현 또는 다중표현의 결정을 위해 단일표현 라그랑제 코스트와 다중표현 라드랑제 코스트가 비교되며, 더 작은 라그랑제 코스트를 갖는 표현으로 변환부호화되도록 결정된다.
상기 라그랑제 코스트는 다음 수학식을 이용하여 구할 수 있다.
Figure 112005050678993-pat00002
여기서, J는 라그랑제 코스트이고, Dtotal은 복원오차의 합이고, λ는 라그랑제 승수이고, 그리고 ρ는 중복량으로서 상기 단일표현 라그랑제 코스트를 구하는 경우에는 ρ=0이고 상기 다중표현 라그랑제 코스트를 구하는 경우에는 모든 표현을 압축하는데 필요한 비트량에서 단일표현을 압축하는데 필요한 비트량을 뺀 값이다.
상기 식에서 알 수 있는 바와 같이, 라그랑제 승수법을 이용하는 경우 단일표현 라그랑제 코스트는 프레임의 각 화소에서의 복원오차의 합이며, 다중표현 라그랑제 코스트는 중복량과 소정의 라그랑제 승수의 곱과, 상기 복원오차의 합이다.
단일표현 라그랑제 코스트와 다중표현 라그랑제 코스트를 계산한 후 단일표현-다중표현 결정부는 단일표현 라그랑제 코스트와 다중표현 라그랑제 코스트를 비교한다. 비교 결과, 다중표현 라그랑제 코스트가 더 작으면 다중표현으로 부호화하는 것으로 결정하고, 그렇지 않으면 단일표현으로 부호화하는 것으로 결정한다.
한편 본 발명의 실시예에서, 중복량은 엔트로피 부호화를 이용하여 실제 비트율을 계산함으로써 구할 수 있으며, 복원 오차는 압축된 동영상이 전송될 채널에서 에러가 발생할 확률과 에러가 발생했을 때 복호기에서 수행하는 에러 은닉 방법 을 고려한 에러 모델을 이용하여 구한다.
에러 모델을 이용하여, 채널에 대한 프레임의 각 화소에서의 복원오차는 다음 수학식을 이용하여 계산할 수 있다.
Figure 112005050678993-pat00003
여기서,
Figure 112005050678993-pat00004
는 n 번째 프레임의 i 번째 화소의 복원오차이고,
Figure 112005050678993-pat00005
는 n 번째 프레임의 i 번째 화소의 원본값으로 복호화된 동영상 헤더, 움직임 벡터, 및 DCT 계수를 이용하여 구할 수 있다. 또한,
Figure 112005050678993-pat00006
는 n 번째 프레임의 i 번째 화소의 복원예측값이고, E는 평균연산으로서
Figure 112005050678993-pat00007
는 일차평균이고
Figure 112005050678993-pat00008
는 이차평균이다.
일차평균과 이차평균은, 압축된 동영상이 인트라 형식에서 압축되는지 인트라 형식에서 압축되는지에 따라 다르며, 또한 단일표현으로 부호화되는지 다중표현으로 부호화되는지에 따라 다르다.
인트라 형식에서 단일표현으로 부호화되는 경우 일차평균과 이차평균은 다음 수학식을 이용하여 계산된다.
Figure 112005050678993-pat00009
인트라 형식에서 다중표현으로 부호화되는 경우 일차평균과 이차평균은 다음 수학식을 이용하여 계산된다.
Figure 112005050678993-pat00010
인터 형식에서 단일표현으로 부호화되는 경우 일차평균과 이차평균은 다음 수학식을 이용하여 계산된다.
Figure 112005050678993-pat00011
인터 형식에서 다중표현으로 부호화되는 경우 일차평균과 이차평균은 다음 수학식을 이용하여 계산된다.
Figure 112005050678993-pat00012
단일 표현 압축의 경우
Figure 112005050678993-pat00013
는 에러가 발생하지 않았을 경우의 복원값이고,
Figure 112005050678993-pat00014
는 움직임 보상 에러 은닉을 사용한 복원값이고,
Figure 112005050678993-pat00015
는 이전 프레임의 동일한 위치의 화소값이고, 그리고
Figure 112005050678993-pat00016
는 인터 형식에서 움직임 보상된 값이다.
또한, 다중표현 압축의 경우
Figure 112005050678993-pat00017
는 각각 첫 번째와 두 번째 표현의 화소값이고,
Figure 112005050678993-pat00018
는 이전 프레임의 동일한 위치의 화소값이고, 그리고
Figure 112005050678993-pat00019
는 인터 형식에서 움직임 보상된 값이다. 또한,
Figure 112005050678993-pat00020
는 각각 첫 번째와 두 번째 표현을 이용한 움직임 보상된 값들이고,
Figure 112005050678993-pat00021
는 각각 움직임 보상을 수행한 첫 번째와 두 번째 표현의 값들이다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 변환부호화 방법은 채널환경에 따라, 에러가 많이 발생하는 채널환경에서는 다중표현으로 부호화함으로써 에러에 대한 강인성을 높일 수 있고, 에러가 적게 발생하는 채널환경에서는 단일표현으로 부호화함으로써 압축 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.
또한, 움직임 예측 등과 같은 복잡도가 큰 알고리즘을 사용하지 않기 때문에 빠르게 변환부호화를 수행할 수 있는 장점이 있다.

Claims (18)

  1. 압축된 동영상을 복호화하여 프레임별로 동영상 헤더, 움직임 벡터, 및 이산 코사인 변환(Discrete Cosine Transform: DCT) 계수를 발생하는 복호화부;
    상기 압축된 동영상이 전송될 채널에서의 에러발생 가능성에 응답하여 단일표현으로 부호화할지 또는 다중표현으로 부호화할지 결정하는 단일표현-다중표현 결정부; 및
    상기 단일표현으로 부호화하는 것으로 결정된 경우 상기 DCT 계수를 상기 동영상 헤더 및 움직임 벡터와 함께 부호화함으로써 단일표현으로 부호화하고, 상기 다중표현으로 부호화하는 것으로 결정된 경우 상기 DCT 계수를 복수의 DCT 계수들로 분할하고 상기 분할된 각각의 DCT 계수를 상기 동영상 헤더 및 움직임 벡터와 함께 각각 부호화함으로써 다중표현으로 부호화하는 변환부호화부를 구비하는 것을 특징으로 하는 동영상 변환부호화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 변환부호화부는,
    상기 단일표현으로 부호화하는 단일표현 변환부호화부; 및
    상기 다중표현으로 부호화하는 다중표현 변환부호화부를 구비하며,
    상기 다중표현 변환부호화부는,
    상기 DCT 계수의 주파수 특징에 응답하여, 소정의 스캐닝 순서에서 DCT 계수의 분할이 시작되는 시작위치를 결정하는 시작위치 결정부;
    상기 시작위치에 응답하여 상기 DCT 계수의 데이터들 중 상기 시작위치 이전의 데이터들은 상기 분할된 복수의 DCT 계수에 모두 포함되도록 하고, 상기 시작위치 이후의 데이터들은 상기 분할된 복수의 DCT 계수에 번갈아 포함되도록 하여 상기 분할된 복수의 DCT 계수를 발생하는 DCT 계수 분할부; 및
    상기 분할된 복수의 DCT 계수 각각을 상기 동영상 헤더 및 움직임 벡터와 함께 각각 부호화하는 압축 부호화부를 구비하는 것을 특징으로 하는 동영상 변환부호화 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 시작위치는 다음 수학식
    Figure 112005050678993-pat00022
    을 이용하여 결정되며,
    여기서 a는 DCT 계수가 계산되는 매크로 블록에 포함되는 화소의 수이고, b=2a이고, 0<시작위치<(a-1)이고, 그리고 PLR은 상기 채널에서의 패킷 손실율인 것을 특징으로 하는 동영상 변환부호화 장치.
  4. 압축된 동영상을 복호화하여 프레임별로 동영상 헤더, 움직임 벡터, 및 이산 코사인 변환(Discrete Cosine Transform: DCT) 계수를 발생하는 복호화부;
    상기 압축된 동영상이 전송될 채널에 대한 상기 프레임의 각 화소에서의 복원오차의 합에 응답하여 결정되는 단일표현 라그랑제 코스트와 다중표현 라그랑제 코스트를 비교하여 단일표현으로 부호화할지 또는 다중표현으로 부호화할지 결정하는 단일표현-다중표현 결정부; 및
    상기 단일표현으로 부호화하는 것으로 결정된 경우 상기 DCT 계수를 상기 동영상 헤더 및 움직임 벡터와 함께 부호화함으로써 단일표현으로 부호화하고, 상기 다중표현으로 부호화하는 것으로 결정된 경우 상기 DCT 계수를 복수의 DCT 계수들로 분할하고 상기 분할된 각각의 DCT 계수를 상기 동영상 헤더 및 움직임 벡터와 함께 각각 부호화함으로써 다중표현으로 부호화하는 변환부호화부를 구비하는 것을 특징으로 하는 동영상 변환부호화 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 단일표현 라그랑제 코스트는 상기 복원오차의 합이고, 상기 다중표현 라그랑제 코스트는 중복량과 소정의 라그랑제 승수의 곱과 상기 복원오차의 합이며,
    상기 단일표현-다중표현 결정부는 상기 단일표현 라그랑제 코스트가 상기 다중표현 라그랑제 코스트보다 크면 다중표현으로 부호화하는 것으로 결정하고, 상기 다중표현 라그랑제 코스트가 상기 단일표현 라그랑제 코스트보다 크면 단일표현으로 부호화하는 것으로 결정하는 것을 특징으로 하는 동영상 변환부호화 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 라그랑제 코스트는 다음 수학식
    Figure 112005050678993-pat00023
    을 이용하여 구하며,
    여기서 J는 라그랑제 코스트이고, Dtotal은 복원오차의 합이고, λ는 라그랑제 승수이고, 그리고 ρ는 중복량으로서 상기 단일표현 라그랑제 코스트를 구하는 경우에는 ρ=0이고 상기 다중표현 라그랑제 코스트를 구하는 경우에는 모든 표현을 압축하는데 필요한 비트량에서 단일표현을 압축하는데 필요한 비트량을 뺀 값인 것을 특징으로 하는 동영상 변환부호화 장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 채널에 대한 상기 프레임의 각 화소에서의 복원오차는 다음 수학식
    Figure 112005050678993-pat00024
    을 이용하여 계산하며,
    여기서,
    Figure 112005050678993-pat00025
    는 n 번째 프레임의 i 번째 화소의 복원오차이고,
    Figure 112005050678993-pat00026
    는 n 번째 프레임의 i 번째 화소의 원본값으로 상기 복호화된 동영상 헤더, 움직임 벡터, 및 DCT 계수를 이용하여 구하고,
    Figure 112005050678993-pat00027
    는 n 번째 프레임의 i 번째 화소의 복원예측값이고, E는 평균연산으로서
    Figure 112005050678993-pat00028
    는 일차평균이고
    Figure 112005050678993-pat00029
    는 이차평균이며,
    상기 일차평균과 이차평균은, 인트라 형식에서 단일표현으로 부호화되는 경우 다음 수학식
    Figure 112005050678993-pat00030
    을 이용하여 계산되고,
    인트라 형식에서 다중표현으로 부호화되는 경우 다음 수학식
    Figure 112005050678993-pat00031
    을 이용하여 계산되고,
    인터 형식에서 단일표현으로 부호화되는 경우 다음 수학식
    Figure 112005050678993-pat00032
    을 이용하여 계산되고, 그리고
    인터 형식에서 다중표현으로 부호화되는 경우 다음 수학식
    Figure 112005050678993-pat00033
    을 이용하여 계산되는 것을 특징으로 하는 동영상 변환부호화 장치.
  8. 제 4 항에 있어서, 상기 변환부호화부는,
    상기 단일표현으로 부호화하는 단일표현 변환부호화부; 및
    상기 다중표현으로 부호화하는 다중표현 변환부호화부를 구비하며,
    상기 다중표현 변환부호화부는,
    상기 DCT 계수의 주파수 특징에 응답하여, 소정의 스캐닝 순서에서 DCT 계수의 분할이 시작되는 시작위치를 결정하는 시작위치 결정부;
    상기 시작위치에 응답하여 상기 DCT 계수의 데이터들 중 상기 시작위치 이전의 데이터들은 상기 분할된 복수의 DCT 계수에 모두 포함되도록 하고, 상기 시작위치 이후의 데이터들은 상기 분할된 복수의 DCT 계수에 번갈아 포함되도록 하여 상기 분할된 복수의 DCT 계수를 발생하는 DCT 계수 분할부; 및
    상기 분할된 복수의 DCT 계수 각각을 상기 동영상 헤더 및 움직임 벡터와 함께 각각 부호화하는 압축 부호화부를 구비하는 것을 특징으로 하는 동영상 변환부호화 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 시작위치는 다음 수학식
    Figure 112005050678993-pat00034
    을 이용하여 결정되며,
    여기서 a는 DCT 계수가 계산되는 매크로 블록에 포함되는 화소의 수이고, b=2a이고, 0<시작위치<(a-1)이고, 그리고 PLR은 상기 채널에서의 패킷 손실율인 것을 특징으로 하는 동영상 변환부호화 장치.
  10. 압축된 동영상을 복호화하여 프레임별로 동영상 헤더, 움직임 벡터, 및 이산 코사인 변환(Discrete Cosine Transform: DCT) 계수를 발생하는 단계;
    상기 압축된 동영상이 전송될 채널에서의 에러발생 가능성에 응답하여 단일표현으로 부호화할지 또는 다중표현으로 부호화할지 결정하는 단계;
    상기 단일표현으로 부호화하는 것으로 결정된 경우 상기 DCT 계수를 상기 동영상 헤더 및 움직임 벡터와 함께 부호화함으로써 단일표현으로 부호화하는 단계; 및
    상기 다중표현으로 부호화하는 것으로 결정된 경우 상기 DCT 계수를 복수의 DCT 계수들로 분할하고 상기 분할된 각각의 DCT 계수를 상기 동영상 헤더 및 움직임 벡터와 함께 각각 부호화함으로써 다중표현으로 부호화하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 동영상 변환부호화 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 다중표현으로 부호화하는 단계는,
    상기 DCT 계수의 주파수 특징에 응답하여, 소정의 스캐닝 순서에서 DCT 계수의 분할이 시작되는 시작위치를 결정하는 단계;
    상기 시작위치에 응답하여 상기 DCT 계수의 데이터들 중 상기 시작위치 이전의 데이터들은 상기 분할된 복수의 DCT 계수에 모두 포함되도록 하고, 상기 시작위치 이후의 데이터들은 상기 분할된 복수의 DCT 계수에 번갈아 포함되도록 하여 상기 분할된 복수의 DCT 계수를 발생하는 단계; 및
    상기 분할된 복수의 DCT 계수 각각을 상기 동영상 헤더 및 움직임 벡터와 함께 각각 부호화하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 동영상 변환부호화 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 시작위치는 다음 수학식
    Figure 112007001027371-pat00035
    을 이용하여 결정되며,
    여기서 a는 DCT 계수가 계산되는 매크로 블록에 포함되는 화소의 수이고, b=2a이고, 0<시작위치<(a-1)이고, 그리고 PLR은 상기 채널에서의 패킷 손실율인 것을 특징으로 하는 동영상 변환부호화 방법.
  13. 압축된 동영상을 복호화하여 프레임별로 동영상 헤더, 움직임 벡터, 및 이산 코사인 변환(Discrete Cosine Transform: DCT) 계수를 발생하는 단계;
    상기 압축된 동영상이 전송될 채널에 대한 상기 프레임의 각 화소에서의 복원오차의 합에 응답하여 결정되는 단일표현 라그랑제 코스트와 다중표현 라그랑제 코스트를 비교하여 단일표현으로 부호화할지 또는 다중표현으로 부호화할지 결정하는 단계;
    상기 단일표현으로 부호화하는 것으로 결정된 경우 상기 DCT 계수를 상기 동영상 헤더 및 움직임 벡터와 함께 부호화함으로써 단일표현으로 부호화하는 단계; 및
    상기 다중표현으로 부호화하는 것으로 결정된 경우 상기 DCT 계수를 복수의 DCT 계수들로 분할하고 상기 분할된 각각의 DCT 계수를 상기 동영상 헤더 및 움직임 벡터와 함께 각각 부호화함으로써 다중표현으로 부호화하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 동영상 변환부호화 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 단일표현 라그랑제 코스트는 상기 복원오차의 합이고, 상기 다중표현 라그랑제 코스트는 중복량과 소정의 라그랑제 승수의 곱과 상기 복원오차의 합이며,
    상기 결정하는 단계는 상기 단일표현 라그랑제 코스트가 상기 다중표현 라그랑제 코스트보다 크면 다중표현으로 부호화하는 것으로 결정하고, 상기 다중표현 라그랑제 코스트가 상기 단일표현 라그랑제 코스트보다 크면 단일표현으로 부호화하는 것으로 결정하는 것을 특징으로 하는 동영상 변환부호화 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 라그랑제 코스트는 다음 수학식
    Figure 112007001027371-pat00036
    을 이용하여 구하며,
    여기서 J는 라그랑제 코스트이고, Dtotal은 복원오차의 합이고, λ는 라그랑제 승수이고, 그리고 ρ는 중복량으로서 상기 단일표현 라그랑제 코스트를 구하는 경우에는 ρ=0이고 상기 다중표현 라그랑제 코스트를 구하는 경우에는 모든 표현을 압축하는데 필요한 비트량에서 단일표현을 압축하는데 필요한 비트량을 뺀 값인 것을 특징으로 하는 동영상 변환부호화 방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 채널에 대한 상기 프레임의 각 화소에서의 복원오차는 다음 수학식
    Figure 112007001027371-pat00037
    을 이용하여 계산하며,
    여기서,
    Figure 112007001027371-pat00038
    는 n 번째 프레임의 i 번째 화소의 복원오차이고,
    Figure 112007001027371-pat00039
    는 n 번째 프레임의 i 번째 화소의 원본값으로 상기 복호화된 동영상 헤더, 움직임 벡터, 및 DCT 계수를 이용하여 구하고,
    Figure 112007001027371-pat00040
    는 n 번째 프레임의 i 번째 화소의 복원예측값이고, E는 평균연산으로서
    Figure 112007001027371-pat00041
    는 일차평균이고
    Figure 112007001027371-pat00042
    는 이차평균이며,
    상기 일차평균과 이차평균은, 인트라 형식에서 단일표현으로 부호화되는 경우 다음 수학식
    Figure 112007001027371-pat00043
    을 이용하여 계산되고
    인트라 형식에서 다중표현으로 부호화되는 경우 다음 수학식
    Figure 112007001027371-pat00044
    을 이용하여 계산되고
    인터 형식에서 단일표현으로 부호화되는 경우 다음 수학식
    Figure 112007001027371-pat00045
    을 이용하여 계산되고
    인터 형식에서 다중표현으로 부호화되는 경우 다음 수학식
    Figure 112007001027371-pat00046
    을 이용하여 계산되는 것을 특징으로 하는 동영상 변환부호화 방법.
  17. 제 13 항에 있어서, 상기 다중표현으로 부호화하는 단계는,
    상기 DCT 계수의 주파수 특징에 응답하여, 소정의 스캐닝 순서에서 DCT 계수의 분할이 시작되는 시작위치를 결정하는 단계;
    상기 시작위치에 응답하여 상기 DCT 계수의 데이터들 중 상기 시작위치 이전의 데이터들은 상기 분할된 복수의 DCT 계수에 모두 포함되도록 하고, 상기 시작위치 이후의 데이터들은 상기 분할된 복수의 DCT 계수에 번갈아 포함되도록 하여 상기 분할된 복수의 DCT 계수를 발생하는 단계; 및
    상기 분할된 복수의 DCT 계수 각각을 상기 동영상 헤더 및 움직임 벡터와 함께 각각 부호화하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 동영상 변환부호화 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 시작위치는 다음 수학식
    Figure 112007001027371-pat00047
    을 이용하여 결정되며, 여기서 a는 DCT 계수가 계산되는 매크로 블록에 포함되는 화소의 수이고, b=2a이고, 0<시작위치<(a-1)이고, 그리고 PLR은 상기 채널에서의 패킷 손실율인 것을 특징으로 하는 동영상 변환부호화 방법.
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