KR100999091B1 - 임의 크기의 가변 블록을 이용한 영상 압축 방법 및 장치 - Google Patents

임의 크기의 가변 블록을 이용한 영상 압축 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 임의 크기의 가변 블록을 이용한 영상 압축 방법 및 장치에 관한 것으로서, 소정의 가변 블록들의 움직임 추정치를 산출하는 제 1 단계; 상기 산출된 움직임 추정치에 따라 다수개의 임의 크기의 블록으로 화면을 분할하는 제 2 단계; 및 상기 분할된 화면을 구성하는 임의 크기의 블록에 대한 움직임 추정치를 결정하는 제 3 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 움직임 추정치가 결정된 임의 크기의 블록에 대해 움직임 보상을 하는 제 1 단계; 및 상기 움직임 보상이 된 임의 크기의 블록 정보를 화면의 상단 좌측에 위치한 블록에서부터 하단 우측에 위치한 블록의 순서로 전송하는 제 2 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 영상압축에 있어서, 매우 효율적인 시간축상의 움직임 추정을 수행하면서 움직임 계수에 대한 비트 발생율과 움직임 추정에 있어서의 연산의 복잡도를 낮추는 효과가 있다.
움직임 추정치 산출 수단, 화면 분할 수단, 임의크기 가변블록으로 분할된 화면지도

Description

임의 크기의 가변 블록을 이용한 영상 압축 방법 및 장치{METHOD AND APPARUTUS FOR VIDEO CODING USING ARBITRARY-SIZE VARIABLE BLOCK}
도 1a 는 H.264의 동영상 압축 장치의 부호화 기능을 나타내는 블록 다이어그램이다.
도 1b 는 H.264의 동영상 압축 장치의 복호화 기능을 나타내는 블록 다이어그램이다.
도 2a는 H.264에서 계층 구조의 가변 블록의 모드에 따른 블록의 크기를 나타내는 도면이다.
도 2b는 H.264에서 계층 구조의 가변 블록의 모드가 중첩된 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 압축 장치의 블록 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 압축 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 임의 크기의 가변 블록으로 화면을 분할하는 과정을 나타내는 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 임의 크기의 가변 블록으로 분할된 화면의 지도를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 화면을 구성하는 임의 크기의 가변 블록 의 정보가 전송되는 순서를 나타내는 도면이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
300: 영상 압축 장치 310: 움직임 추정치 산출 수단
315: 저장 수단 320: 화면 분할 수단
325: 유사성 판정 수단 330: 움직임 추정치 결정 수단
340: 임의크기의 가변블록으로 분할된 화면지도
350: 움직임 보상 수단 360: 전송 수단
본 발명은 임의 크기의 가변 블록을 이용한 영상 압축 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 인코딩 및 디코딩하는 영상 압축 방법 및 장치에 있어서, 소정의 방법으로 산출된 가변 블록의 움직임 추정치에 따라 임의 위치에서 다수개의 임의 크기의 블록으로 화면을 분할하여 임의 크기의 블록에 대한 움직임 추정치를 결정하고, 또한, 움직임 보상을 거친 임의 크기 블록의 정보를 일정한 순서에 의해 디코더로 전송함으로써, 영상 압축에서 비트 발생율을 현저히 낮추어 압축 효율을 개선하는 영상 압축 방법 및 장치에 관한 것이다.
데이터를 압축하는 기본적인 원리는 데이터의 중복(redundancy)을 없애는 과정이다. 이미지에서 동일한 색이나 객체가 반복되는 것과 같은 공간적 중복이나, 동영상 프레임에서 시간적으로 인접한 프레임이 거의 변화가 없는 경우나 오디오에 서 같은 음이 계속 반복되는 것과 같은 시간적 중복, 또는 인간의 시각 및 지각 능력이 높은 주파수에 둔감한 것을 고려한 심리시각 중복을 없앰으로서 데이터를 압축할 수 있다. 데이터 압축의 종류는 소스 데이터의 손실 여부에 따라 손실압축과 무손실 압축으로, 각각의 프레임에 대해 독립적으로 압축하는지 여부에 따라 프레임 내(intra) 압축과 프레임 간(inter) 압축으로, 그리고, 압축과 복원에 필요한 시간이 동일한 지 여부에 따라 대칭과 비대칭 압축으로 나눌 수 있다. 한편 공간적 중복을 제거하기 위해서는 프레임 내(intra) 압축이 이용되며 시간적 중복을 제거하기 위해서는 프레임간(inter) 압축이 이용된다.
현재 MPEG-2, MPEG-4, H.263과 H.264를 포함하는 대부분의 비디오 코딩 표준은 움직임 보상 예측 코딩법에 기초하고 있는데, 시간적 중복은 움직임 보상에 의해 제거하고 공간적 중복은 변환 코딩에 의해 제거한다. 공간적 중복성은 변환에 의해 제거하는데, MPEG의 경우에는 이산 코사인 변환(Discrete Cosine Transform; DCT라 함)에 의해 공간적 중복성을 제거하고, H.264의 경우에는 정수 변환(Integer Transform)에 의해 공간적 중복성을 제거한다.
시간적 중복을 제거하는 과정을 좀더 자세히 살펴보면, 프레임을 구성하는 구성단위, 예를 들면 각 매크로 블록(Macro Block)이 다음 시간의 프레임에서 해당 매크로 블록의 위치가 얼만큼 이동했는지를 나타내는 움직임 추정치(Motion Vector)를 구하는 움직임 추정(Motion Estimation)을 한다. 움직임 추정이 끝나면 움직임 보상(Motion Compensation)을 하여 시간적 필터링(Filtering)을 통해 프레임 간 시간적 중복성을 제거한다. 이러한 시간적 중복을 제거하는 과정은 매우 많 은 연산을 필요로 하는데, 연산량을 줄이기 위한 여러 알고리즘들이 제안되고 있다.
한편, 현재 동영상 압축 국제 표준으로 널리 사용되는 것은 ISO(국제 표준화 기구) 내 MPEG1/2/4와 ITU(국제 통신 연맹) 내 H.261/H.263/H.26L 등이 있다. 이 중에서 저 전송율의 무선통신 환경의 애플리케이션을 타겟으로 MPEG4와 H.26L이 각각 표준으로 진행되던 중 ISO 내 MPEG그룹과 ITU 내 VCEG그룹이 공동으로 JVT(Joint Video Team)를 구성하여 2003년 2월에 제정을 목표로 하는 저 전송율 동영상 압축 표준을 만들게 되었다.
이 표준의 명칭을 ITU 내에서는 H.264 라고 하며 ISO 내에서는 MPEG-4 part10 또는 AVC (Advanced Video Coding)로 쓰이고 있다. H.264는 H.263 version2(H.263plus)와 MPEG-4 Advanced Simple Profile 보다 50%이상 압축율 향상을 목표로 하고 있으며, 네트워크 환경에 적합하고 에러 복원(error resilience)을 강화한 동영상 압축 표준이라고 할 수 있다. 또한, H.264는 최근에 이슈화된 DMB(디지털 멀티미디어 방송)의 표준으로 채택된 바 있다.
도 1a 는 H.264의 동영상 압축 장치의 부호화 기능을 나타내는 블록 다이어그램이며, 도 1b 는 H.264의 동영상 압축 장치의 복호화 기능을 나타내는 블록 다이어그램이다. 본 발명에서 동영상 압축의 의미는 부호화(Encoding)와 복호화(Decoding) 두가지를 포함하는 개념으로 사용된다.
H.264의 비디오 압축 방법에 사용되는 시간축 상의 압축 방법은 계층 구조의 가변 블록 움직임 예측 방법이 사용되고 있는데, 최적의 움직임 추정을 하기 위해 서는, 첫째, 제 1 모드에 대해 움직임 추정을 수행하여 최적의 움직임 추정치와 그 비용을 산출한다. 둘째, 제 2 모드에 대해 움직임 추정치와 그 비용을 산출하여 위에서 산출된 비용과 비교하여 적은 비용이 드는 모드를 선택한다. 셋째, 둘째의 방법을 모든 모드에 대해 반복 수행함으로써 최소의 비용이 소요되는 모드의 조합을 만들어 내는 것이다.
입력되는 이미지는 크게 볼 때는 먼저 시간적 중복성을 제거하고 나서 공간적 중복성을 제거한 후에 양자화 및 재순서화와 엔트로피 인코딩을 거쳐 비트스트림으로 출력된다. 한편, 인트라 픽쳐의 경우에는 움직임 보상 과정이 없게 된다. 이하, 상기 도 1a 에 나타난 H.264 동영상 압축 장치의 부호화 기능을 나타내는 각 기능 블록들의 역할에 대해 간략히 설명한다.
움직임 추정부(10)와 움직임 보상부(12)는 이전 프레임의 영상과 현재 프레임의 영상을 비교하여 블록별로 유사한 부분을 찾아 영상이 얼마나 움직였는지 찾고(Estimation), 이렇게 찾아진 움직임만큼 이전 프레임을 보상(Compensation)하여 예측된 영상을 만드는 부분이다. 인트라 예측 선택부(Choose intra-prediction)(14)와 인트라 예측부(Intra-prediction)(16)는 현재 프레임에서 인접한 블록의 정보를 근거로 새로운 블록의 영상을 예측하는 부분이다.
변환부(transform)(18)는 원영상에서 예측된 영상을 뺀 나머지 잔차 영상을 DCT 기반의 변형된 신호로 압축한다. 이러한 변환으로 영상 신호가 주파수 도메인으로 변환되어 시각적으로 보다 중요한 정보와 덜 중요한 정보로 분포를 변환할 수 있다.
양자화부(Quantization)(20)는 변환된 신호를 주어진 일정한 크기의 값으로 나눔으로써 시각적으로 덜 중요한 정보를 제거하여 실질적인 데이타 압축을 하는 부분으로서, 이때 나누는 값이 클수록 화질은 떨어지고, 압축은 많이 된다. 양자화의 경우에는 정수 계수의 전체적 정확성을 감소시키기는 하지만, 고주파수 계수들을 제거하기 위하여 사용된다.
재순서화부(reordering)(22)는 영상 신호를 2차원으로 분포하는데, 위의 변환 과정과 양자화 과정을 거치면 신호가 좌상단에 집중된다. 이러한 신호를 대각선 방향으로 지그재그로 값을 취하면 우하단으로 갈수록 값이 작아지면서 대부분의 신호가 0 이 된다. 이렇게 재배열된 신호는 중간 중간에 0이 포함되어 있는 배열보다 압축에 있어 큰 잇점이 있다.
엔트로피 인코딩부(entropy encoding)(24)는 상기 재순서화부(22)에서 재배열된 신호들을 일정한 규칙에 의해 심볼로 변환하여 무손실 압축을 하는 부분이다.
역양자화부(Inverse-quantization)(26)와 역변환부(Inverse-transform)(28)의 역할은 다음과 같다. 디코더가 압축된 영상을 수신하여 원래 영상을 재구성하는데, 압축된 영상은 인코더에서 양자화할때 손실이 생긴 상태이다. 이를 전송받은 디코더는 압축율에 비례해서 손상된 영상에 대한 정보만을 제한적으로 가지고 있다. 한편, 인코더에서 이전 프레임의 정보를 근거로 현재 프레임의 영상에서 움직임 추정/보상 방법과 Choose intra-prediction/Intra-prediction 방법으로 중복된 부분을 제거하는데, 이 경우 디코더가 가지고 있는 손실된 이전 프레임을 사용하여야만 인코딩한 결과와 디코딩한 결과가 동일하다. 따라서, 상기 역양자화부(26)와 상기 역변환부(28)는 상기 움직임 추정부(10)와 움직임 보상부(12)에서 사용할 손실된 이전 프레임의 정보를 만들기 위해 디코더에서 수행되는 역양자화/역변환을 인코더에서 동일하게 수행하는 부분이다.
디블로킹 필터부(Deblocking filter)(30)는 영상을 블록 단위로 분할하여 변환(transform)하고, 압축(Quantization/Entropy coding)하기 때문에 양자화 계수 값이 클수록 블록 경계에서 영상 신호가 연속적이지 않아 영상이 모자이크 처리한 것으로 보일 수 있다. 이러한 현상을 blocking artifact라고 하는데 이를 제거하여 영상의 주관적인 화질을 높이는 부분이다.
엔코딩된 프레임(Encoded frame)(32)과 복수의 기준 프레임(Multiple reference frames)(34)은 현재 프레임에서 이전 프레임의 데이터를 근거로 유사한 부분을 제거할 때, 여러장의 이전 프레임을 참조할 경우 보다 압축 효율을 높일 수 있는데, 이를 위해 여러장의 이전 프레임을 가지고 있는 부분이다.
위의 각 기능부들의 역할을 토대로, 도 1a의 동영상 압축 장치의 부호화 기능의 수행을 설명한다.
인코딩하기 위한 입력 프레임(Fn)은 16x16의 픽셀을 가진 매크로 블록의 단위로 구성된 채 입력된다. 각각의 매크로 블록은 인트라(intra) 모드와 (inter) 모드로 인코딩된다. 예측 매크로 블록(Prediction Macroblock) P 는 재구성된 프레임 (Reconstructed Frame)을 기초로 만들어 지는데, 인트라 모드에서는 현재 프레임 n 에서의 샘플에 의해 만들어 지며, 인터 모드에서는 복수의 기준 프레임(Multiple Reference Frames)으로부터 움직임 보상 예측에 의해 만들어 진다.
상기 도 1에서, 기준 프레임은 이전 시간 단계에서 인코딩된 프레임 Fn-1'로 나타나 진다. 그러나, 각 매크로블록에 대한 예측 매크로 블록 P는 이미 인코딩되고 재구성된 복수개의 과거 또는 미래의 프레임으로부터 만들어 진다.
상기 P 는 현재의 매크로 블록으로부터 추출되어 차분 매크로블록 Dn을 만들어낸다. 이러한 차분 매크로블록 Dn은 변환부를 통해 변환되고 양자화부를 통해 양자화되어 양자화된 변환 계수(quantized transform coefficients)의 셋트인 X를 생성한다. 이러한 양자화된 변환 계수 X 는 재순서화부에 의해 재순서화되고 엔트로피 코딩을 거치게 된다. 매크로 블록을 디코딩하는데 필요한 부가 정보들(예를 들어, 매크로블록이 어떻게 움직임 보상이 되는지를 알려주는 움직임 벡터, 매크로 블록 예측 모드, 양자화 스텝 크기 등)과 함께, 엔트로피 변환 계수는 압축된 비트스트림을 만들어 낸다. 이것은 전송이나 저장을 위한 네트워크 분리 계층(NAL)으로 전달된다.
이제 도 1a에서 재구성되는 경로(reconstructing path)에 대한 부호화 과정을 살펴보면, 양자화된 변환 계수 X 는 더 많은 매크로 블록들을 인코딩하기 위한 프레임을 재구성하기 위해 디코딩된다. 그리고, 상기 X는 역양자화되고 역변환되어 차분 매크로블록 Dn' 를 만들어 낸다. 이 과정은 원래의 차분 매크로 블록 Dn과 는 구별된다. 양자화 과정은 손실을 만들어 내므로, Dn' 는 원래의 차분 매크로 블록 Dn의 왜곡된 버전인 것이다. 그리고 난 후, 예측 매크로 블록 P는 상기 D'n에 합쳐져 재구성된 매크로 블록 uFn' 를 만들어 낸다. 상기 디블록킹 필터부(30)는 블록킹 왜곡의 효과를 감소시키는 역할을 하고, 재구성된 기준 프레임은 복수의 Fn'로부터 생성된다.
도 1b의 H.264의 동영상 압축 장치의 복호화 기능을 설명한다.
디코더는 인코딩된 비트스트림을 NAL로부터 받아들이는데, 그 비트스트림의 데이터는 엔트로피 디코딩부(25)와 재순서부(22)를 거쳐 양자화 계수의 집합 X를 생성해내며, 그후, 역양자화부(26)와 역변환부(28)를 거쳐 Dn'를 만들어낸다. 비트스트림으로부터 디코딩된 헤더 정보를 이용하여 상기 디코더는 예측 매크로 블록 P를 생성하게 된다. 이것은 Dn'에 더해져 uFn'를 만들어내고, 디블로킹 필터부(30)를 거쳐 디코딩된 매크로블록 Fn'를 생성하게 된다.
상기 도 1a 및 1b에 대한 설명에서 알 수 있듯이, 인코더와 디코더는 예측 매크로 블록 P를 만들기 위해 동일한 기준 프레임(reference frames)을 사용한다.
도 2a는 H.264에서 계층 구조의 가변 블록의 모드에 따른 블록의 크기를 나타내는 도면이며, 도 2b는 H.264에서 계층 구조의 가변 블록의 모드가 중첩된 예를 나타내는 도면이다.
H.264에서 움직임 보상은 도 2a에서 도시된 바와 같은 트리 구조의 가변 블 록을 가지고 움직임 보상을 한다. 움직임 추정에서는 7가지 모드의 SAD값을 각각 구해서 그 중 가장 최소가 되는 모드의 움직임 추정치를 구하게 된다. 16x16의 크기를 갖는 매크로 블록 단위에서는 모드1(210), 모드 2(220), 모드 3(230)이 선택될 수 있고, 8x8의 크기를 갖는 블록 단위에서는 모드 4(240), 모드 5(250), 모드 6(260)이 선택될 수 있고, 4*4의 크기를 갖는 서브블록 단위에서는 모드 7(270)이 선택될 수 있다.
또한, 하나의 픽쳐는 가변 블록의 모드가 중첩된 예를 나타내는 도 2b에 도시된 바와 같이 다양한 모드로 구성될 수 있다. 움직임이 거의 없는 배경에 대해서는 모드 1(210)이 선택되고 움직임이 많은 곳에서는 높은 모드가 선택될 것이다.
계층 구조의 가변 블록 크기의 동영상 압축 알고리즘의 움직임 추정에서 일반적으로 사용되는 비용 산출 방법은 SAD(Sum of Absolute Difference)인데, 이 방법에서 최적의 움직임 추정치를 산출하는 방법은 복잡도가 높다. H.264의 표준에 의한 움직임 추정을 위해서는 4x4의 크기를 갖는 모든 서브블록들(모드 7)에 대한 SAD 값을 구한 다음에 그 값을 인접 블록끼리 더하여 4x8, 8x4, 8x8, 16x8, 8x16 및 16x16의 서브블록들에 대한 SAD 값을 구한 뒤에 그 값을 비교한다. 이러한 방식은 엄청난 계산량을 필요로 하게 되어 동영상 코딩의 시간과 비용을 상승시키는 요인이 된다. 게다가, H.264의 경우 이전의 MPEG 계열과 달리, 1/4 픽셀까지 그 값을 내삽(interpolation)하여 상기 검색 과정을 수행하므로 최적 움직임 추정치를 찾기 위한 연산량은 1/2 픽셀 검색에 비해 4배 증가하고, 1 픽셀에 대해 16배 증가하는 문제가 있다.
또 다른 문제는, 화질이 낮은 영상의 경우 비트 발생율의 상대적 비중이 높은데, H.264은 이러한 단점을 보완하기 위해 인접 블록의 움직임 계수의 차분 정보만 보내거나, 블록 크기가 16x16 인 경우 스킵모드(Skip mode)를 따로 두어 블록 크기나 움직임 계수에 대한 정보를 보내지 않도록 하여 움직임이 거의 없는 영역이나 매우 천천히 일어나는 부분에서 비트율을 줄이고 있다. 그러나, 스킵모드(Skip mode)의 경우 블록 크기가 16x16으로 한정되어 해당 영역이 매우 커서 매크로 블록 전체가 그 영역 내부에 있을 경우에만 적용가능하기 때문에 그 효과가 제한적이다. 또한 실제 영상의 움직임과는 관계없이 16x16 단위로 분할되는 매크로 블록으로 인하여 스킵모드를 사용할 수 없는 경우가 발생한다. 이러한 경우 비트 발생량을 줄이기 어려워지는 문제가 발생된다.
움직임 추정은 동영상 압축의 성능에 매우 중요한 역할을 하지만 계산량이 많기 때문에 실시간 동영상 인코딩을 위해서는 움직임 추정의 연산량을 줄일 수 있는 알고리즘이 필요하다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 동영상 압축 방법에 있어서, 움직임 추정과 보상을 임의의 위치에서 임의의 크기를 가진 블록 단위로 수행하여 비트 발생율을 현저히 감소시킬 수 있는 움직임 추정 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 임의 크기의 가변 블록을 이용한 영상 압축 방법 은, 소정의 가변 블록들의 움직임 추정치를 산출하는 제 1 단계; 상기 산출된 움직임 추정치에 따라 다수개의 임의 크기의 블록으로 화면을 분할하는 제 2 단계; 및 상기 분할된 화면을 구성하는 임의 크기의 블록에 대한 움직임 추정치를 결정하는 제 3 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 임의 크기의 가변 블록을 이용한 영상 압축 방법은, 상기 움직임 추정치가 결정된 임의 크기의 블록에 대해 움직임 보상을 하는 제 1 단계; 및 상기 움직임 보상이 된 임의 크기의 블록 정보를 화면의 상단 좌측에 위치한 블록에서부터 하단 우측에 위치한 블록의 순서로 전송하는 제 2 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 임의 크기의 가변 블록을 이용한 영상 압축 장치는, 소정의 가변 블록들의 움직임 추정치를 산출하는 움직임 추정치 산출 수단; 상기 움직임 추정치 산출 수단에 의해 산출된 움직임 추정치에 따라 다수개의 임의 크기의 블록으로 화면을 분할하는 화면 분할 수단; 및 상기 화면 분할 수단에 의해 분할된 화면을 구성하는 임의 크기의 블록에 대한 움직임 추정치를 결정하는 움직임 추정치 결정 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 임의 크기의 가변 블록을 이용한 영상 압축 장치는, 상기 움직임 추정치 결정 수단에 의해 움직임 추정치가 결정된 임의 크기의 블록에 대해 움직임 보상을 하는 움직임 보상 수단; 및 상기 움직임 보상 수단에 의해 움직임 보상이 된 임의 크기의 블록 정보를 화면의 상단 좌측에 위치한 블록에서부터 하단 우측에 위치한 블록의 순서로 전송하는 전송 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 압축 장치의 블록 구성도이다. 이러한 블록 구성도는 소정의 가변 블록들의 움직임 추정치를 산출하는 움직임 추정치 산출 수단(310)과, 상기 움직임 추정치 산출 수단(310)에 의해 산출된 움직임 추정치에 따라 다수개의 임의 크기의 블록으로 화면을 분할하는 화면 분할 수단(320), 상기 화면 분할 수단(320)에 의해 분할된 화면을 구성하는 임의 크기의 블록에 대한 움직임 추정치를 결정하는 움직임 추정치 결정 수단(330), 상기 움직임 추정치 결정 수단(330)에 의해 움직임 추정치가 결정된 임의 크기의 블록에 대해 움직임 보상을 하는 움직임 보상 수단(350) 및 상기 움직임 보상 수단(350)에 의해 움직임 보상이 된 임의 크기의 블록 정보를 화면의 상단 좌측에 위치한 블록에서부터 하단 우측에 위치한 블록의 순서로 전송하는 전송 수단(360)으로 크게 구성된다.
상기 움직임 추정치 산출 수단(310)은 임의 크기를 가진 최소 단위 블록들의 움직임 추정치와 상기 추정치에 대한 코스트를 산출한 후 상기 산출된 움직임 추정치와 상기 코스트를 저장하는 저장수단(315)을 가지고 있다.
상기 화면 분할 수단(320)은 상기 움직임 추정치 산출 수단(310)에 의해 산출된 움직임 추정치의 유사성을 판정한 결과에 따라 블록의 크기를 임의로 결정함으로써, 상기 결정된 임의 크기를 가진 다수개의 블록들로 화면을 분할하는 역할을 한다. 이때, 임의로 결정된 블록 크기의 종류는 소정의 개수 이하로 제한되는 것이 바람직한데, 그 이유는 블록 크기를 임의의 정함으로써 발생하는 블록 크기에 대한 정보가 무한정 증가하는 것을 억제하기 위함이다. 한편, 상기 화면 내의 임의 위치에서 임의크기의 블록으로 분할할 수 있다.
또한, 상기 화면 분할 수단(320)은, 다수개의 최소 단위 블록들을 임의 위치에서 그룹핑한 후, 상기 그룹핑된 블록들을 구성하는 최소 단위 블록 간에 움직임 추정치의 유사성을 판정하는 유사성 판정 수단(325)을 포함하고 있다. 상기 유사성 판정 수단(325)은 상기 유사성 판정 결과에 따라 상기 움직임 추정치가 상호 유사하면, 상기 그룹핑된 블록들을 한 블록 단위로 하여 인접한 주위의 다른 블록 단위와 상기 움직임 추정치의 유사성을 다시 판정하게 된다.
상기 움직임 추정치 결정 수단(330)은 상기 화면 분할 수단(320)에 의해 결정된 임의 크기의 블록의 움직임 추정치를, 상기 가변 블록을 구성하는 하위 블록들의 움직임 추정치들을 이용하여 결정하는 것이 바람직하다.
상기의 방식으로 화면을 임의 크기의 블록으로 분할한 지도가 상기 도 3의 임의 크기 가변블록으로 분할된 화면지도(340)이다.
상기 움직임 보상 수단(350)은 상기 움직임 추정치 결정 수단(330)에 의해 움직임 추정치가 결정된 임의 크기의 블록에 대해 움직임 보상을 하는 역할을 하며, 상기 전송 수단(360)은 상기 움직임 보상 수단(350)에 의해 움직임 보상이 된 임의 크기의 블록 정보를 화면의 상단 좌측에 위치한 블록에서부터 하단 우측에 위치한 블록의 순서로 전송하는 역할을 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 압축 방법을 나타내는 흐름도이다.
먼저, 소정의 가변 블록들의 움직임 추정치를 상기 움직임 추정치 산출 수단(310)이 산출하게 된다(S402). 바람직하게는, 임의 크기를 가진 최소 단위 블록들의 움직임 추정치와 상기 추정치에 대한 코스트를 산출한 후, 산출된 움직임 추정치와 코스트가 상기 저장 수단(315)에 저장된다.
그 후에, 상기 산출된 최소 단위의 블록들의 움직임 추정치들이 서로 유사한지 비유사한지 비교하게 되는 판정 과정을 거치게 된다(S404). 즉, 판정 결과에 따라 블록의 크기를 임의의 위치에서 임의의 크기로 결정하게 되는데, 이러한 유사성 판정은 다수개의 최소 단위 블록들을 임의 위치에서 그룹핑한 후, 상기 그룹핑된 블록들을 구성하는 최소 단위 블록 간에 이루어지게 된다. 상기 유사성 판정의 결과에 따라, 상기 유사성 판정 수단(325)은 상기 움직임 추정치가 상호 유사하면 유사한 블록을 묶어서 그룹핑하게 되며, 이렇게 묶인 블록단위를 인접한 다른 블록단위와 다시 움직임 추정치의 유사성을 판정하게 된다. 유사성 판정 방법은 여러가지가 있을 수 있으나, 비교 대상이 되는 인접 블록의 움직임 추정치의 벡터차가 소정의 임계치보다 작거나 같을 경우에는 움직임 변화가 거의 없다는 뜻이므로 유사하다고 판정하는 방식이 이용될 수 있다.
다음 단계는, 상기 화면 분할 수단(320)이 상기 판정된 유사성의 결과에 따라 다수개의 임의 크기의 블록으로 화면을 분할하게 된다(S406). 블록의 크기가 한정된 범위 내에서 임의로 결정되므로, 화면 내의 임의 위치에서 상기 화면의 분할이 가능하게 된다.
상기 유사성 판정의 결과 유사하다고 판정되면 두 블록을 합쳐서 다른 인접한 블록과 다시 판정을 하여, 유사할 경우는 다시 합치고 비유사할 경우는 인접한 다른 블록크기와 유사성 판정을 하게 된다. 인접한 블록단위와 유사하지 않을 경우에는 블록의 크기가 그 상태에서 결정되게 된다. 이러한 화면 분할 과정을 나타내고 있는 그림이 도 5로서, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 임의 크기의 가변 블록으로 화면을 분할하는 과정을 나타내는 예시도이다.
상기 도 5의 상단 사진을 보면, 임의의 위치에서 가변 블록들 간에 움직임 추정치를 비교한 결과 배경이 되는 하늘이나 구름, 정중앙의 건물이나 양 옆의 큰 나무는 움직임이 거의 없기 때문에 블록의 크기가 비교적 크게 결정되어 있는 것을 알 수 있다. 그러나, 자동차의 경우는 빠른 속도로 이동하므로 도로를 달리고 있는 자동차들이 있는 부분은 비교적 잘게 블록이 분할되어 있다. 최소단위의 블록 크기는 종전의 H.264와 달리 4x4의 크기를 가질 필요가 없고, 사용자가 임의로 정할 수 있는데, 상기 사진에선 블록1을 최소 단위의 가변 블록으로 설정하였다. 그리고, 블록1의 움직임 추정치가 상호 유사하여 가로로 쳐지면 블록 2가 되고, 세로로 합쳐지면 블록3이 되는 것을 알 수 있다. 또한, 블록 3이 좌우로 두개 합쳐지면 블록 4가 되는 것을 알 수 있다. 그러나 이러한 블록의 크기 결정은 반드시 이러한 규칙에 따를 필요는 없으며, 사용자가 임의의 정할 수 있다. 상기 5의 하단 사진은 이러한 블록의 분할이 이루어진 결과를 나타내고 있다. 상기 임의로 결정된 블록 크기의 종류는 소정의 개수 이하로 제한되는데 이는 블록크기의 종류가 너무 많아질 경우에 블록크기에 대한 정보가 증가하게 되기 때문이다. 본 발명의 실 시예에선 블록크기의 종류를 16가지로 제한하고 있음을 알 수 있다. 한편, 상기와 같은 방법으로 화면을 분할한 결과인, 임의크기 가변블록으로 분할된 화면 지도(340)가 도 6에 도시되어 있다.
다음 단계로, 상기 움직임 추정치 결정 수단(330)은 상기 분할된 화면을 구성하는 임의 크기의 가변 블록에 대한 움직임 추정치를 결정하게 된다(S408). 상기 움직임 추정치 결정수단(330)은 상기 화면 분할 단계에서 크기가 결정된 블록의 움직임 추정치를, 상기 가변 블록을 구성하는 하위 블록들의 움직임 추정치들을 이용하여 결정하는 것이 바람직하다. 특히, 상기 블록을 구성하는 하위 계층 블록들의 움직임 추정치들 중 중간값을 이용하여 결정하는 것이 바람직하다.
왜냐하면, 평균값을 사용할 경우는 그룹핑된 상위 블록을 구성하는 하위 블록의 각각의 움직임 추정치에서 하나의 평균치로 빼면 그룹을 이루고 있는 하위 블록의 개수만큼 차분 신호가 남게 된다. 그러나, 중간값을 사용할 경우는 그룹을 이루는 다수개의 하위 블록들 중 중간값을 가지는 하나의 블록은 차분신호가 0이 되므로 이 블록은 아예 차분 영상이 없어지는 효과가 생기게 되고, 나머지개의 블록은 차분신호값이 비교적 크게 나올 것이다. 이 두가지 경우에서, 실험적으로나 통계적으로나 중간값을 사용하는 두번째 방법이, 변환부에서 변환(transform)하여 압축을 할 경우 비트 발생량이 더 낮다고 알려져 있기 때문이다.
다음 단계로서, 상기 움직임 보상 수단(350)이 상기 움직임 추정치가 결정된 임의 크기의 블록에 대해 이전 프레임을 보상하는 움직임 보상을 하여 예측된 영상을 만들게 된다(S410). 그 후, 상기 전송 수단(360)은 상기 움직임 보상 수단(350)에 의해 움직임 보상이 된 임의 크기의 블록의 정보를 디코딩하기 위해 디코더로 전송하게 되는데, 이러한 블록의 정보가 전송되는 순서에 대한 한 실시예로서, 화면의 상단 좌측에 위치한 블록에서부터 하단 우측에 위치한 블록의 순서로 전송하는 단계를 거친다(S412). 그러한 과정을 보여주고 있는 그림이 도 7인데, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 화면을 구성하는 임의 크기의 가변 블록이 전송되는 순서를 나타내는 도면이다.
상기 도 7을 보면, 화면의 상단 좌측에 있는 블록인 블록 16부터 우측으로 진행되며, 우측 끝가지 간 경우는 다시 좌측의 블록12로 진행된다. 블록12의 다음 순서로는 블록10, 블록6, 블록7, 블록8 등등의 순서로 계속 진행되는데, 항상 남아있는 블록들 중에서 최상단의 좌측에 있는 블록을 선택하면 된다. 이렇게 블록의 정보를 전송하는 순서를 일정하게 규정함으로써 블록위치에 대한 정보를 별도로 전송할 필요가 없는 것이다.
그리고, 상기와 같은 전송은 디코더로 보낼 때뿐만 아니라 임의 크기의 가변 블록을 변환부(18)로 보내는 경우에도 동일한 순서가 적용될 것이다.
한편, 상기와 같은 순서로 임의 크기 가변 블록이 디코더로 전송된 후에 복호화(디코딩)되는 순서도 같은 순서를 따르게 될 것이다.
이상에서 본 발명에 대하여 상세히 기술하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시할 수 있음은 자명하며, 따라서 본 발명의 실시예에 따른 단순한 변경은 본 발명 의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따르면, 계층 구조의 움직임 추정 방법을 사용하는 비디오 압축 알고리즘에서는 계층 구조의 중복성으로 인하여 그 복잡도가 계층구조의 중복 횟수의 비례하여 복잡도가 증가하게 되는데, 본 발명은 영상압축에 있어서, 매우 효율적인 시간축상의 움직임 추정을 수행하면서 움직임 계수에 대한 비트 발생율과 움직임 추정에 있어서의 연산의 복잡도를 크게 낮추고, 영상의 특성에 따라 블록의 크기를 달리하므로 압축 효율이 개선되는 효과가 있다.
또한, 임의 크기의 블록 정보를 전송하는 순서가 일정하여 비트발생율이 감소되는 효과가 있다.

Claims (19)

  1. 소정의 가변 블록들의 움직임 추정치를 산출하는 제 1 단계;
    상기 산출된 움직임 추정치에 따라 다수개의 임의 크기의 블록으로 화면을 분할하는 제 2 단계; 및
    상기 분할된 화면을 구성하는 임의 크기의 블록에 대한 움직임 추정치를 결정하는 제 3 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 임의 크기의 가변 블록을 이용한 영상 압축 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 단계는,
    임의 크기를 가진 최소 단위 블록들의 움직임 추정치와 상기 추정치에 대한 코스트를 산출하는 제 1(a)과정; 및
    상기 산출된 움직임 추정치와 상기 코스트를 저장하는 제 1(b)과정인 것을 특징으로 하는 임의 크기의 가변 블록을 이용한 영상 압축 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 2단계는,
    상기 산출된 움직임 추정치의 유사성을 판정한 결과에 따라 블록의 크기를 결정함으로써, 상기 결정된 크기를 가진 다수개의 블록들로 화면을 분할하는 단계인 것을 특징으로 하는 임의 크기의 가변 블록을 이용한 영상 압축 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 결정되는 블록 크기의 종류는 소정의 개수 이하로 제한되는 것을 특징으로 하는 임의 크기의 가변 블록을 이용한 영상 압축 방법.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 유사성 판정은,
    다수개의 최소 단위 블록들을 임의 위치에서 그룹핑한 후, 상기 그룹핑된 블록들을 구성하는 최소 단위 블록 간에 이루어지는 움직임 추정치의 유사성 판정인 것을 특징으로 하는 임의 크기의 가변 블록을 이용한 영상 압축 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 유사성 판정의 결과에 따라, 상기 움직임 추정치가 상호 유사하면 상기 그룹핑된 블록들을 한 블록 단위로 하여 인접한 주위의 다른 블록 단위와 상기 움직임 추정치의 유사성을 다시 판정하는 것을 특징으로 하는 임의 크기의 가변 블록을 이용한 영상 압축 방법.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 화면의 분할은 화면 내의 임의 위치에서 분할되는 것을 특징으로 하는 임의 크기의 가변 블록을 이용한 영상 압축 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제 3 단계는,
    상기 제 2 단계에서 결정된 임의 크기의 블록의 움직임 추정치를, 상기 가변 블록을 구성하는 하위 블록들의 움직임 추정치들을 이용하여 결정하는 단계인 것을 특징으로 하는 임의 크기의 가변 블록을 이용한 영상 압축 방법.
  9. 움직임 추정치가 결정된 임의 크기의 블록에 대해 움직임 보상을 하는 제 1 단계; 및
    상기 움직임 보상이 된 임의 크기의 블록 정보를 화면의 상단 좌측에 위치한 블록에서부터 하단 우측에 위치한 블록의 순서로 전송하는 제 2 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 임의 크기의 가변 블록을 이용한 영상 압축 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 전송된 임의 크기의 블록에 대해 화면의 상단 좌측에 위치한 블록에서부터 하단 우측에 위치한 블록의 순서로 복호화하는 제 3단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 임의 크기의 가변 블록을 이용한 영상 압축 방법.
  11. 소정의 가변 블록들의 움직임 추정치를 산출하는 움직임 추정치 산출 수단;
    상기 움직임 추정치 산출 수단에 의해 산출된 움직임 추정치에 따라 다수개의 임의 크기의 블록으로 화면을 분할하는 화면 분할 수단; 및
    상기 화면 분할 수단에 의해 분할된 화면을 구성하는 임의 크기의 블록에 대한 움직임 추정치를 결정하는 움직임 추정치 결정 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 임의 크기의 가변 블록을 이용한 영상 압축 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 움직임 추정치 산출 수단은,
    임의 크기를 가진 최소 단위 블록들의 움직임 추정치와 상기 추정치에 대한 코스트를 산출한 후 상기 산출된 움직임 추정치와 상기 코스트를 저장하는 저장수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 임의 크기의 가변 블록을 이용한 영상 압축 장치.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 화면 분할 수단은,
    상기 움직임 추정치 산출 수단에 의해 산출된 움직임 추정치의 유사성을 판정한 결과에 따라 블록의 크기를 결정함으로써, 상기 결정된 크기를 가진 다수개의 블록들로 화면을 분할하는 것을 특징으로 하는 임의 크기의 가변 블록을 이용한 영상 압축 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 결정된 블록 크기의 종류는 소정의 개수 이하로 제한되는 것을 특징으로 하는 임의 크기의 가변 블록을 이용한 영상 압축 장치.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 화면 분할 수단은,
    다수개의 최소 단위 블록들을 임의 위치에서 그룹핑한 후, 상기 그룹핑된 블 록들을 구성하는 최소 단위 블록 간에 움직임 추정치의 유사성을 판정하는 유사성 판정 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 임의 크기의 가변 블록을 이용한 영상 압축 장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 유사성 판정 수단은,
    상기 유사성 판정 결과에 따라 상기 움직임 추정치가 상호 유사하면, 상기 그룹핑된 블록들을 한 블록 단위로 하여 인접한 주위의 다른 블록 단위와 상기 움직임 추정치의 유사성을 다시 판정하는 것을 특징으로 하는 임의 크기의 가변 블록을 이용한 영상 압축 장치.
  17. 제 13 항에 있어서, 상기 화면 분할 수단은,
    상기 화면 내의 임의 위치에서 분할하는 것을 특징으로 하는 임의 크기의 가변 블록을 이용한 영상 압축 장치.
  18. 제 11 항에 있어서, 상기 움직임 추정치 결정 수단은,
    상기 임의 크기의 블록의 움직임 추정치를, 상기 가변 블록을 구성하는 하위 블록들의 움직임 추정치들을 이용하여 결정하는 것을 특징으로 하는 임의 크기의 가변 블록을 이용한 영상 압축 장치.
  19. 제 11항에 있어서,
    상기 움직임 추정치 결정 수단에 의해 움직임 추정치가 결정된 임의 크기의 블록에 대해 움직임 보상을 하는 움직임 보상 수단; 및
    상기 움직임 보상 수단에 의해 움직임 보상이 된 임의 크기의 블록 정보를 화면의 상단 좌측에 위치한 블록에서부터 하단 우측에 위치한 블록의 순서로 전송하는 전송 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 임의 크기의 가변 블록을 이용한 영상 압축 장치.
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