KR101050858B1 - 압축된 비디오의 고속 채널 변경을 가능하게 하기 위한디코딩 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
압축된 비디오의 고속 채널 변경을 가능하게 하기 위한 비디오 디코더(200,600,700) 및 대응 방법(900)을 기술하며, 압축된 스트림 데이터를 수신하여 압축해제된 비디오 출력을 제공하기 위한 비디오 디코더(200,600,700)는, 압축된 스트림 데이터를 수신하여 정상 스트림 및 채널 변경 스트림으로 분리하기 위한 디멀티플렉서(210,610,710), 디멀티플렉서와 신호 통신하며 압축된 정상 및 채널 변경 스트림을 선택적으로 수신하여 압축해제된 비디오 출력을 제공하기 위한 정상 디코딩부(212,612,712), 및 정상 디코딩부와 신호 통신하며 기준 화면을 저장하기 위한 정상 프레임 저장부를 포함한다.
압축, 채널 변경, 비디오 디코더, 정상 스트림, 채널 변경 스트림
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은, "METHOD AND APPARATUS ENABLING FAST CHANNEL CHANGE OF COMPRESSED VIDEO"의 제목으로 2003년 6월 16일 출원한 미국 가출원 번호 제60/478,923호(대리인 참조번호 PU030170)의 우선권을 주장하며, 그 전반적인 내용은 본 명세서에 참조로서 포함한다.
본 발명은 비디오 인코더 및 디코더(CODEC)에 관한 것으로서, 특히 채널 변경 후에 발생하는 디코딩된 비디오 콘텐츠의 초기 디스플레이에 대한 인식 지연(perceived delay)을 줄이기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
MPEG-2 및 JVT/H.264/MPEG AVC 등의 대중적인 비디오 압축 표준은 인트라 및 인터 코딩(intra and inter coding)을 이용한다. 적합한 디코딩을 위하여, 디코더는 인트라 코딩된 화면(I picture)으로 시작하는 압축된 비디오 시퀀스를 디코딩한 다음, 후속하는 인터 코딩된 화면(P 및 B picture)을 디코딩한다. GOP(Group of Pictures)는 하나의 I 화면과 복수의 후속하는 P 및 B 화면을 포함할 수도 있다. 통상적으로, I 화면은 동등한 비디오 품질의 P 또는 B 화면보다 코드에 더욱 많은 비트를 필요로 한다.
수신기가, 예를 들어 채널 변경 또는 수신기를 처음 켠 후, 특정 채널에서 프로그램을 최초로 수신하기 시작하는 경우, 수신기는 I 화면을 수신하여 적당하게 디코딩할 때까지 대기해야 하는데, 이는 지연을 발생시킨다. 디지털 비디오 방송 시스템에서 채널 변경 지연을 최소화하기 위하여, 통상적으로 I 화면은 자주, 예를 들어 N개 화면마다 송신한다. 예를 들어 시스템의 비디오 압축해제 부분의 ½초 지연을 가능하게 하기 위해서는, 일반적으로 30 fps 콘텐츠에 대해 N=15를 이용한다. 압축된 I 화면이 압축된 P 및 B 화면보다 훨씬 크기 때문에, 이는, I 화면이 그렇게 자주 삽입되지 않은 경우에 요구되는 것 이상으로 비트 전송률(bit rate)을 상당히 증가시킨다.
비디오 디코딩 시스템으로 인한 채널 변경 지연 시간을 제한하기 위하여, 대부분의 방송 시스템은 I 화면을 자주, 예를 들어 ½초마다 전송한다. 일부 시스템은, 풀(full) I 화면을 자주 송신하는 대신, 화면의 섹션을 인트라 코딩하는 "프로그레시브 리프레시(progressive refresh)"로 불리는 기술을 이용한다. 통상적으로, 화면에서의 모든 매크로블록(macroblock)은 N개 화면 주기 동안 적어도 한 번 인트라 코딩한다.
JVT/H.264/MPEG AVC 압축 표준에서, P 및 B 화면은, 선행하는 I 화면 전의 화면들을 포함하는 복수의 기준 화면을 이용해 예측할 수도 있다. 그 표준은 랜덤 액세스 포인트를 IDR(Independent Decoder Refresh)로서 식별하는데, 각 IDR 전의 기준 화면들은 그 IDR 후에 발생하는 화면들을 예측하기 위해 이용하지 않는다는 점을 강요한다.
JVT/H.264/MPEG AVC 압축 표준은 다음과 같이 정의하는 리던던트 화면(redundant picture)으로 불리는 툴(tool)을 포함한다.
redundant coded picture: 화면 또는 화면 일부분의 코딩된 표현. 리던던트 코딩된 화면(redundant coded picture)의 콘텐츠는 Recommendation│International Standard을 따르는 비트스트림에 대한 디코딩 프로세스에 의해 이용하지 않을 것이다. 리던던트 코딩된 화면은 1차 코딩된 화면(primary coded picture)에서의 모든 매크로블록을 포함해서는 안 된다. 리던던트 코딩된 화면은 디코딩 프로세스에 대해 규범적 효과(normative effect)를 갖지 않는다. 1차 코딩된 화면도 관찰하시오.
슬라이스 헤더(slice header)는 시맨틱(semantic)을 다음과 같이 정의하는 redundant_pic_cnt 필드를 포함한다.
redundant_ pic _ cnt는 1차 코딩된 화면에 속하는 슬라이스 및 슬라이스 데이터 파티션(partition)에 대해서는 0과 동일해질 것이다. redundant_pic_cnt는 리던던트 코딩된 화면에서의 코딩된 슬라이스 및 코딩된 슬라이스 데이터 파티션에 대해서는 0보다 크게 될 것이다. redundant_pic_cnt가 존재하지 않는 경우, 그 값은 0과 동일해진다고 추정할 것이다. redundant_pic_cnt의 값은 포괄적으로 0∼127의 범위 내에 존재할 것이다.
- 슬라이스 데이터 파티션 A RBSP의 신택스(syntax) 엘리먼트가 슬라이스에 대한 슬라이스 데이터에서의 카테고리 3의 어떤 신택스 엘리먼트의 존재를 나타내는 경우, 슬라이스 데이터 파티션 A RBSP에서처럼 동일한 값의 slice_id 및 redundant_pic_cnt를 갖는 슬라이스 데이터 파티션 B RBSP가 존재할 것이다.
- 슬라이스 데이터 파티션 A RBSP의 신택스 엘리먼트가 슬라이스에 대한 슬라이스 데이터에서의 카테고리 3의 어떤 신택스 엘리먼트의 존재를 나타내지 않는 경우, 슬라이스 데이터 파티션 A RBSP에서처럼 동일한 값의 slice_id 및 redundant_pic_cnt를 갖는 슬라이스 데이터 파티션 B RBSP는 존재하지 않을 것이다.
따라서 채널 변경 후에 발생하는 디코딩된 비디오 콘텐츠의 초기 디스플레이에 대한 인식 지연을 줄이기 위한 장치 및 방법이 필요하다.
<발명의 개요>
압축된 비디오 콘텐츠의 고속 채널 변경을 위해 제공하는 장치 및 방법은 종래기술의 상술한 결점 및 단점을 처리한다.
압축된 스트림 데이터를 수신하여 압축해제된 비디오 출력을 제공하기 위한 비디오 디코더는, 압축된 스트림 데이터를 수신하여 정상 스트림 및 채널 변경 스트림으로 분리하기 위한 디멀티플렉서(demultiplexor), 디멀티플렉서와 신호 통신하며 압축된 정상 및 채널 변경 스트림을 수신하여 압축해제된 비디오 출력을 제공하기 위한 정상 디코딩부, 및 정상 디코딩부와 신호 통신하며 기준 화면을 저장하기 위한 정상 프레임 저장부를 포함한다.
본 발명의 이와 같은 양상, 특징 및 장점은, 첨부한 도면을 참조하면서 이하 의 예시적인 실시예에 대한 설명을 판독함으로써 명백해질 것이다.
본 발명은 이하의 예시적인 도면을 참조하여 더욱 이해하게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 원리에 따른 채널 변경 스트림에 대한 정상 해상도(normal resolution)를 이용하는 인코더에 대한 블록도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 원리에 따른 채널 변경 스트림에 대한 정상 해상도를 이용하는 디코더에 대한 블록도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 원리에 따른 저역 통과 필터링된 채널 변경 스트림을 이용하는 인코더에 대한 블록도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 원리에 따른 예시적인 화면 패턴에 대한 표를 도시한다.
도 5는 본 발명의 원리에 따른 다운샘플(downsample)된 채널 변경 스트림을 이용하는 인코더에 대한 블록도를 도시한다.
도 6은 본 발명의 원리에 따른 다운샘플된 채널 변경 스트림을 이용하는 디코더에 대한 블록도를 도시한다.
도 7은 본 발명의 원리에 따른 다운샘플된 채널 변경 스트림을 이용하는 디코더 및 후처리(postprocessing) 필터를 이용하는 디코더에 대한 블록도를 도시한다.
도 8은 본 발명의 원리에 따른 비디오 인코딩 방법의 플로차트이다.
도 9는 본 발명의 원리에 따른 비디오 디코딩 방법의 플로차트이다.
본 발명의 실시예는 종래기술의 방법보다 낮은 비트 전송률로 어떤 희망 속도에서의 허용가능한 채널 변경 지연을 제공한다. 즉, 본 발명은 압축된 비디오 방송 시스템에서 저 지연 채널 변경 시간을 허용하면서, 저 지연 채널 변경을 가능하게 하는 종래의 방법에 비해 비트 전송률을 상당히 줄인다. JVT/H.264/MPEG AVC 표준에서, 개별 P 및 B 화면은 하나 이상의 상이한 슬라이스 타입(I, P 및/또는 B)을 이용해 코딩하는 반면, I 화면은 I 슬라이스만을 이용해 코딩한다. 따라서, 이하의 설명에서, 용어 "슬라이스"는 환경 및 적용가능한 표준에 따라 용어 "화면"으로 대체할 수도 있다. 종래기술의 시스템은 I 화면을 자주, 예를 들어 N개 화면마다 방송하여 채널 변경을 가능하게 한다. 본 발명의 실시예에서, 정상 I 화면은 자주 송신하지 않고, 추가적인 저품질 I 화면은 더욱 자주 송신한다.
본 발명의 원리에 따르면, 종래기술의 시스템에서 수행한 만큼 자주 I 화면을 송신하지 않으면서도 원하는 채널 변경 지연을 얻을 수 있다. 그 대신, 본 명세서에서 채널 변경 스트림으로 표현하는 것에 포함되는 추가적인 저품질 코딩된 화면은 정상 품질 코딩된 화면에 추가하여 송신한다. 채널 변경 스트림에서, 저품질 I 화면은 원하는 채널 변경 빈도로 송신하고, 채널 변경 후에 발생하는 최초의 주기 동안 디코더에서 이용한다. 정상 품질 I 화면은 더 낮은 빈도로 정상 스트림에 송신하고, 그 화면이 이용가능한 경우, 디코더에서 이용한다.
예를 들어, I 화면을 N*K(K>1)개 화면마다 정상 스트림에 송신하고, 저품질 I 화면을 N개 화면마다 채널 변경 스트림에 송신하는 시스템을 고려한다. 채널 변경 스트림에서의 각 코딩된 화면은 정상 스트림 코딩된 화면에 대응한다. 따라서, 코딩된 화면이 채널 변경 스트림에 존재하는 경우, 실질적으로는 그 화면의 2개의 코딩된 표현이 전송된다.
채널 변경이 발생하는 경우, 디코딩 시스템은 정상 스트림 또는 채널 변경 스트림으로부터 I 화면을 수신하자마자 압축된 비디오를 디코딩하기 시작한다. 도착한 첫 번째 I 화면이 정상 스트림으로부터의 I 화면인 경우, 디코더는 정상적으로 진행한다. 그러나 도착한 첫 번째 I 화면이 채널 변경 스트림으로부터의 저품질 I 화면인 경우, 디코더는 저품질 I 화면을 디코딩 및 이용한다. 이로 인하여, 정상 품질 I 화면이 도착할 때까지 저품질 비디오가 디스플레이된다. 저품질 비디오의 이러한 주기는, 그 주기가 짧은 기간이고, 채널 변경 후에 즉시 발생하기 때문에, 뷰어(viewer)에게는 심각하게 인지되지 않는다. 인간의 시각 체계(visual system)는 새로운 시각적 장면(visual scene)에 적응하는 데 어느 정도의 시간이 걸린다.
채널 변경 스트림은 저품질 I 화면만을, 또는 저품질 I, P 및 B 화면을 포함할 수도 있다. 채널 변경 스트림의 화면 속도(picture rate)는 정상 스트림의 화면 속도보다 낮을 수도 있다. 저품질 화면은, 더 낮은 비트 전송률에서 인코딩된 점을 제외하고는 정상 화면과 동일한 해상도일 수도 있거나, 정상 화면보다 저해상도일 수도 있다. 채널 변경 스트림에서의 저품질 I 코딩된 화면의 비트스트림 크기는, 정상 스트림에서의 정상 품질 코딩된 I 화면의 크기와 비교해 작다. 그래서 동일한 화면의 추가 코딩된 표현이 전송되고 있는 중이더라도, 정상 품질 P 또는 B 화면 및 저품질 I 화면의 크기는 정상 품질 I 화면 하나의 크기보다 통상적으로 상 당히 작기 때문에, 전체적으로는 비트 전송률 보존(saving)이 발생한다.
채널 변경 스트림이 저품질 I, P 및 B 화면을 포함하는 경우, 채널 변경 후, 디코더 시스템은 저품질 I 화면의 도착을 대기하고, 채널 변경 스트림으로부터의 저품질 화면을 디코딩 및 디스플레이한 다음, 정상 품질 스트림으로 스위칭하는 어떤 시점에서 정상 품질 I 화면을 수신한다.
채널 변경 스트림이 I 화면만을 포함하는 경우, 채널 변경 후, 디코딩 시스템은 정상 스트림 또는 채널 변경 스트림에서의 I 화면의 도착을 대기한다. 도착한 첫 번째 I 화면이 채널 변경 스트림에서의 I 화면인 경우, 디코딩 시스템은 저품질 I 화면을 디코딩 및 디스플레이한다. 다음으로, 이 저품질 화면은 정상 디코더 화면 저장부에 저장하고, 디코딩 시스템은, 채널 변경 스트림으로부터의 저품질 I 화면을 기준으로서 이용하여, 후속하는 정상 스트림 P 및 B 화면을 디코딩하기 시작한다. 이러한 정상 품질 P 및 B 화면은 채널 변경 스트림으로부터의 대응 저품질 I 화면보다는 정상 스트림에서의 종래의 화면에 기초해 인터 코딩되기 때문에, 일부 디코딩 드리프트(decoding drift)의 원인이 된다.
그러나 본 실시예는, 그러한 드리프트의 시각적 영향(visual impact)은 이 상황에서 미약하다는 점을 보여주는데, 이는, 그 영향이 짧은 기간만 지속하고, 채널 변경에 대응하는 장면 변경 후에 즉시 발생하기 때문이다. 인코더는 얼마나 많은 드리프트가 정상 및/또는 채널 변경 스트림 화면의 코딩 파라미터를 적절하게 발생 및 조정하는지를 관리할 수 있어, 드리프트는 적합한 한계를 초과하지 않는다.
이하에서는 본 발명의 원리를 설명한다. 본 기술분야의 숙련자는, 본 명세서에 명시적으로 기술 또는 도시하지는 않지만, 본 발명의 원리를 구현하고, 본 발명의 사상 및 범위에 포함되는 다양한 장치(arrangement)를 고안할 수 있다는 점을 인식하게 될 것이다.
본 명세서에서 인용하는 모든 예 및 조건 언어(conditional language)는, 발명자가 본 기술분야에 기여하는 본 발명의 원리 및 개념을 독자가 이해하도록 돕는 교육적인 목적을 위한 것이며, 그와 같이 구체적으로 인용한 예 및 조건에 한정하지 않도록 해석한다.
더욱이, 본 발명의 원리, 양상 및 실시예를 인용하는 본 명세서의 모든 문장뿐만 아니라 구체적인 예는, 본 발명의 구조적 그리고 기능적 동등물을 모두 포함한다. 추가로, 그러한 동등물은 현재 알려진 동등물뿐만 아니라 앞으로 개발되는 동등물, 즉 구조에 관계없이 동일한 기능을 수행하도록 개발되는 어떤 엘리먼트를 모두 포함한다.
따라서, 예를 들어 본 기술분야의 숙련자는, 본 명세서에 제공한 블록도가 본 발명의 원리를 구현하는 예시적인 회로의 개념도를 나타낸다는 점을 인식하게 될 것이다. 유사하게, 임의의 플로차트, 흐름도, 상태 천이도, 의사 코드(pseudo code) 등은, 컴퓨터 판독가능 매체에서 실질적으로 표현할 수도 있고, 컴퓨터 또는 프로세서가 명백하게 도시되는지 여부에 따라 컴퓨터 또는 프로세서가 실행할 수도 있는 다양한 프로세스를 표현한다는 점을 인식하게 될 것이다.
도면에서 도시한 다양한 엘리먼트의 기능은, 전용 하드웨어뿐만 아니라, 적 합한 소프트웨어와 관련된 소프트웨어를 실행할 수 있는 하드웨어를 이용하여 제공할 수도 있다. 프로세서가 제공하는 경우, 하나의 전용 프로세서, 하나의 공유 프로세서, 또는 개별 프로세서 중 일부를 공유할 수도 있는 복수의 개별 프로세서가 기능을 제공할 수도 있다. 더욱이, 용어 "프로세서" 또는 "컨트롤러(controller)"의 사용은, 오로지 소프트웨어를 실행할 수 있는 하드웨어를 의미하는 것으로서 해석해서는 안 되고, DSP(digital signal processor) 하드웨어, 소프트웨어를 저장하기 위한 ROM, RAM 및 비휘발성 스토리지(storage)를 함축적으로 포함할 수도 있지만, 이에 한정하지는 않는다.
종래 및/또는 관습적인 다른 하드웨어를 포함할 수도 있다. 유사하게, 도면에 도시한 어떤 스위치는 개념적이다. 그 기능은, 프로그램 로직(logic)의 동작, 전용 로직, 프로그램 컨트롤 및 전용 로직의 상호작용을 통해, 또는 전후 관계(context)로부터 더욱 구체적으로 이해한 실행자(implementer)가 선택할 수 있는 특정 기술을 통해 수동으로 수행할 수도 있다.
본 명세서의 청구범위에서, 지정된 기능을 수행하기 위한 수단으로서 표현되는 어떤 엘리먼트는 그 기능을 수행하는 어떤 방식, 예를 들어 a) 그 기능을 수행하는 회로 엘리먼트의 조합 또는 b) 그 기능을 수행하는 소프트웨어를 실행하기 위한 적합한 회로로 조합된 펌웨어, 마이크로코드 등을 포함하는 어떤 형태의 소프트웨어를 포함한다. 그러한 청구범위에서 정의하는 본 발명은, 다양하게 인용한 수단이 제공하는 기능은 청구범위가 요구하는 방식으로 서로 조합 및 결합한다는 점을 내포한다. 따라서 출원인은 그러한 기능을 본 명세서에서 도시한 동일한 기능 으로서 제공할 수 있는 어떤 수단을 고려한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 원리에 따른 인코더는 참조번호 100으로 나타낸다. 인코더(100)는 정상 스트림 및 채널 변경 스트림의 각각에 대해 동일한 해상도를 이용하고, 정상 스트림을 제공하기 위한 정상 인코더 부분(130)과, 채널 변경 스트림을 제공하기 위한 저품질 인코더 부분(140)을 포함하는데, 그 각 부분은 동일한 해상도의 입력 화면을 수신한다. 정상 부분(130) 및 저품질 부분(140)은 정상 및 채널 변경 스트림을 제공하기 위한 멀티플렉서(150)와 각각 신호 통신하여 전송용 멀티플렉서(150)에 개별적으로 제공한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 원리에 따른 디코더는 참조번호 200으로 나타낸다. 디코더(200)는 정상 스트림 및 채널 변경 스트림의 각각에 대해 동일한 해상도를 이용하고, 압축된 비디오 데이터를 수신하여 정상 및 채널 변경 스트림을 역다중화하기 위한 디멀티플렉서(210)를 포함하는데, 디멀티플렉서는 정상 디코더 부분(212)과 선택적으로 신호 통신하여 연결한다. 정상 디코더 부분(212)은 프레임 저장부(214)와 신호 통신하고, 디코딩된 비디오를 디스플레이에 출력한다.
따라서, 도 1은 인코딩 시스템을 도시하고, 도 2는 디코딩 시스템을 도시하는데, 그 각각은 정상 스트림 및 채널 변경 스트림 둘 다에 대해 동일한 해상도의 영상(image)을 이용한다. 동작 시, 정상 인코더 부분은 정상 스트림을 위한 정상 품질의 압축된 비디오 화면을 생성하고, 그와 평행한 저품질 인코더 부분은 채널 변경 스트림을 위한 저품질의 압축된 비디오 화면을 생성한다. 인코더(100)는 2개의 인코더 기능을 위한 2개의 개별 인코더 블록을 도시하지만, 관련분야의 당업자 는 2개의 인코더 기능은 동일한 인코더 디바이스를 이용해 수행할 수 있다는 점을 인식할 것이다. 정상 스트림 및 채널 변경 스트림이 서로 다중화되고, 필요하다면, 전송된다. 디코딩 시스템에서, 디멀티플렉서는 정상 스트림 및 채널 변경 스트림을 분리하고, 정상 스트림으로부터의 화면 또는 채널 변경 스트림으로부터의 화면이 디코더에 송신돼야하는지에 대한 선택이 이루어진다.
이제, 도 3을 참조하면, 본 발명의 원리에 따른 인코더는 참조번호 300으로 나타낸다. 인코더(300)는 채널 변경 스트림을 위한 필터링된 데이터를 이용하고, 정상 스트림을 제공하기 위한 정상 인코더 부분(330)과, 필터링된 채널 변경 데이터를 생성하기 위한 저품질 인코더 부분(340)에 신호 통신으로 연결되는 저역 통과 필터(low-pass filter)(332)를 포함한다. 정상 부분(330) 및 저품질 부분(340)은 정상 및 채널 변경 스트림을 제공하기 위한 멀티플렉서(150)와 각각 신호 통신으로 연결하여 출력용 멀티플렉서(150)에 개별적으로 제공한다.
따라서, 도 3은 저품질 인코더의 앞에 입력 화면에 대한 저역 통과 필터를 적용하는 대안의 인코딩 시스템을 도시한다. 채널 변경 스트림에서의 화면은 상대적으로 낮은 비트 전송률에서 코딩되기 때문에, 그 화면은 눈으로 볼 수 있는 코딩 아티팩트(coding artifact)를 포함할 수도 있다. 인코딩 이전에 그 영상을 저역 통과 필터링함으로써, 이와 같이 눈으로 볼 수 있는 코딩 아티팩트의 일부를 제거할 수도 있다.
멀티플렉서는 코딩된 화면의 전송 시간을 조정하여, 채널 변경 스트림 I 화면은 정상 스트림 코딩된 화면 사이에 산재한다. 채널 변경 스트림 코딩된 화면 은, 바람직하게는 동일한 입력 화면에 대응하는 정상 스트림의 화면이 전송되는 시간 근처, 그리고 그 화면에 대해 상호 예측하는(inter-predict) 어떤 정상 스트림 화면 전에 전송된다.
도 4에 도시한 바와 같이, 예시적인 화면 패턴(N=12, K=3)은 참조번호 400으로 나타내고, 이 경우에는 I 화면만이 채널 변경 스트림에 포함된다. ½초의 채널 변경 시작 주기를 원하는 예시적인 24 fps 시퀀스에 대하여, 저품질 I 화면은 12개 화면마다 채널 변경 스트림에 삽입된다. 정상 품질 I 화면은 36개 화면마다 정상 스트림에 삽입된다.
수신기가 채널에 동조하면서 화면 5가 수신되는 경우를 고려한다. 수신기는, 어떤 스트림에서의 첫 번째 I 화면, 이 예에서는 채널 변경 스트림에서의 12가 도착할 때까지 대기한 다음, 그 I 화면을 디코딩 및 디스플레이한다. 채널 변경 스트림으로부터의 디코딩된 저품질 I 화면 12는 디코더의 화면 저장부에 저장하고, 정상 스트림으로부터의 화면 12∼23을 디코딩할 때 이용한다. 이 디코딩된 화면은 드리프트를 포함할 것이다. 정상 스트림에서의 정상 품질 P 화면 24가 도착하는 경우, 수신기는 정상 스트림의 P 화면 24 또는 채널 변경 스트림의 I 화면 24를 선택하여 디코딩할 수도 있다. 이는, 수신기의 최종 판정일 수 있고, 또는 인코더가 비트스트림에 발신하는 선호도(preference)일 수 있는데, 어느 것이 드리프트를 적게 초래하는지에 기초한다. 다음으로, 정상 스트림의 화면 25∼35가 디코딩되지만, 여전히 드리프트를 갖는다. I 화면인 정상 스트림의 화면 36이 수신되는 경우, 디코더는 추가되는 드리프트 없이 모든 후속 화면에 대해 적당하게 디코딩을 시작할 수 있다. 뷰어의 관점에서, 채널 변경 후의 짧은 기간인 약 1.5초 동안 저품질 비디오가 디스플레이된 다음, 정상 품질 비디오가 디스플레이된다.
큰 정상 스트림 I 화면은 종래기술의 시스템에서 송신되는 회수보다 적게 송신되기 때문에, 종래기술의 시스템에 대비하여 비트 전송률이 보존된다. 채널 변경 스트림에 송신된 저품질 I 화면은 정상 품질 I 화면보다 훨씬 적다. 인코딩 시스템은 채널 변경 스트림에 저품질 I 화면을 원하는 만큼 자주, 그리고 어떤 패턴을 이용해 송신할 수도 있다. 정상 스트림에서의 I 화면도 일반적인 패턴을 따를 필요는 없고, 예를 들어 장면 변경이 발생할 때마다 삽입할 수도 있다. 인코딩 시스템은, 정상 스트림에서의 I 화면 간의 거리가 원하는 값을 초과하지 않는 경우, 채널 변경 스트림 I 화면을 삽입할 필요가 없다. 인코딩 시스템은, 예를 들어 원하는 채널 변경 지연 제한과 관련된 최대 I 화면 스페이싱(spacing)을 유지할 필요가 있을 때마다 채널 변경 스트림에 I 화면을 선택하여 삽입할 수도 있다.
채널 변경 스트림은 상이한 해상도의 화면을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 채널 변경 스트림에서의 일부 I 화면은 정상 스트림에서처럼 동일한 해상도일 수도 있고, 다른 I 화면은 저해상도일 수도 있다. 대안으로, 채널 변경 스트림에서의 화면에 대해 2 이상의 상이한 저해상도를 이용할 수도 있다.
채널 변경 스트림 화면을 예측자(predictor)로서 이용해 정상 스트림 화면을 디코딩할 때 발생하는 드리프트를 줄이기 위하여, 인코더는, 채널 변경 스트림 I 화면에 대응하는 정상 스트림 화면 후에 발생하는 P 및 B 화면에 대한 허용가능한 기준 화면의 범위를 제한할 수 있다. JVT/H.264 비디오 압축 표준에서, P 및 B 화 면은 복수의 기준 화면을 이용해 예측할 수도 있고, 이는 하나의 기준 화면을 이용하는 것 이상의 코딩 효율의 장점을 제공한다. 도 4의 예에서, 정상 스트림에서의 화면 12∼23은 화면 12 이전의 기준 화면을 이용하지 않을 수도 있다는 제한을 부여할 수도 있다. 이 제한이 부여되지 않는 경우, 채널 변경 후에 더 많은 드리프트가 발생한다. 예를 들어, 화면 15는 화면 12 및 9로부터 예측되고, 화면 5가 수신되면서 채널 변경이 발생하는 경우, 디코딩 시스템은, 채널 변경 스트림 I 화면 12로부터 화면 12를 표현하지만, 화면 9는 표현하지 않는다. 이는 화면 13∼23을 디코딩할 때 시각적 품질의 상당한 감소를 야기할 수 있다. 그러나 화면 15는 화면 12로부터만 예측된다고 제한하는 경우, 이와 같은 심각한 드리프트는 방지할 수 있으나, 화면 15의 코딩 효율 면에서는 약간 불리하다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 원리에 따른 인코더는 참조번호 500으로 나타낸다. 인코더(500)는 채널 변경 스트림을 위한 다운샘플된 데이터(downsampled data)를 이용하고, 정상 스트림을 제공하기 위한 정상 인코더 부분(530)과, 필터링된 채널 변경 스트림을 제공하기 위한 저품질 인코더 부분(540)에 신호 통신으로 연결되는 다운샘플러(downsampler)(534)를 포함한다. 정상 부분(530) 및 저품질 부분(540)은 정상 및 채널 변경 스트림을 제공하기 위한 멀티플렉서(550)와 각각 신호 통신으로 연결하여 출력용 멀티플렉서(550)에 개별적으로 제공한다.
이제, 도 6을 참조하면, 본 발명의 원리에 따른 디코더는 참조번호 600으로 나타낸다. 디코더(600)는 채널 변경 스트림을 위한 다운샘플된 데이터를 이용하고, 정상 디코더 부분(612) 및 저해상도 디코더 부분(618)과 각각 신호 통신으로 연결되어 압축된 비디오 데이터를 수신하기 위한 디멀티플렉서(610)를 포함한다. 정상 디코더 부분(612)은 프레임 저장부(614)와 신호 통신으로 연결하고, 디코딩된 비디오를 디스플레이 및 프레임 저장부(614)에 선택적으로 출력한다. 저해상도 디코더 부분(618)은 프레임 저장부(620)와 신호 통신으로 연결하고, 디코딩된 비디오를 업샘플러(upsampler)(622)에 출력하며, 업샘플러(622)는 업샘플되어 디코딩된 비디오를 디스플레이 및 프레임 저장부(614)에 차례로 선택하여 출력한다.
따라서, 도 5는 인코딩 시스템을 도시하고, 도 6은 디코딩 시스템을 도시하는데, 그 각각은 정상 화면보다는 채널 변경 스트림에서의 저품질 화면에 대해 저해상도 영상을 이용한다. 예를 들어, 정상 화면에 대해서는 704×480 픽셀을 이용할 수 있고, 채널 변경 화면에 대해서는 352×240 픽셀을 이용할 수 있다. 입력 화면은 정상 스트림에 대해서는 정상적으로 인코딩되고, 채널 변경 스트림에 대해서는 저해상도로 조정되어 그 저해상도에서 인코딩된다. 정상 스트림 및 채널 변경 스트림은 서로 다중화되어 전송된다. 디코딩 시스템에서, 디멀티플렉서는 정상 스트림 및 채널 변경 스트림을 분리하고, 정상 스트림으로부터의 화면 또는 채널 변경 스트림으로부터의 화면이 디코딩 및 디스플레이되는지에 대한 선택이 이루어진다. 채널 변경 스트림이 디코딩 및 디스플레이되는 경우, 디코딩된 화면은 정상 스트림 디코더의 화면 저장부에 저장하여, 후속하는 정상 스트림 코딩된 화면을 디코딩할 때 이용한다. 도면에서는 정상 디코더 및 저품질 디코더를 위해 개별 블록을 제공하지만, 관련분야의 당업자는 하나의 디바이스를 이용해 2개의 기능을 수행할 수도 있다는 점을 인식할 것이다.
디코딩 시스템에서는 채널 변경 후에 저품질 비디오가 초기에 디스플레이되고, 정상 스트림에서의 I 화면이 수신되면, 정상 품질 비디오가 디스플레이되기 시작한다. 저품질 비디오에서 정상 품질 비디오로의 갑작스러운 변환은, 저품질 비디오 자체보다 뷰어에게 더욱 인지될 수도 있다. 갑작스러운 변환을 줄이기 위하여, 디코더 뒤에 후처리기(postprocessor)를 추가하여, 디코딩된 화면을 필터링할 수도 있다. 필터 세기는, 디코딩된 화면의 해상도 또는 품질을 점진적으로 증가시키도록 복수의 화면에 대해 조정할 수도 있다.
이제, 도 7을 참조하면, 본 발명의 원리에 따른 디코더는 참조번호 700으로 나타낸다. 디코더(700)는 채널 변경 스트림을 위한 다운샘플된 데이터를 이용하고, 정상 디코더 부분(712) 및 저해상도 디코더 부분(718)과 각각 신호 통신으로 연결되어 압축된 비디오 데이터를 수신하기 위한 디멀티플렉서(710)를 포함한다. 정상 디코더 부분(712)은 프레임 저장부(714)와 신호 통신으로 연결하고, 디코딩된 비디오를 디스플레이 및 프레임 저장부(714)에 선택적으로 출력한다. 정상 디코더 부분(712)은, 후처리되어 디코딩된 비디오를 디스플레이 및 프레임 저장부(714)에 선택적으로 출력하는 후처리 필터(post processing filter)(716)와 신호 통신으로 또한 연결한다. 저해상도 디코더 부분(718)은 프레임 저장부(720)와 신호 통신으로 연결하고, 디코딩된 비디오를 업샘플러(722)에 출력하며, 업샘플러(722)는 업샘플되어 디코딩된 비디오를 디스플레이 및 프레임 저장부(714)에 차례로 선택하여 출력한다.
따라서, 도 7은 후처리 필터를 포함하는 디코딩 시스템을 도시한다. 후처리 기능은 저품질 디코더 뒤에 추가하여 압축 아티팩트를 감출 수도 있다.
도 8에 도시한 바와 같이, 입력 화면을 수신하여, 압축된 스트림 데이터를 제공하기 위한 비디오 인코딩 방법은 참조번호 800으로 나타낸다. 본 방법(800)은, 입력 화면을 수신하기 위한 입력 블록(812)으로 제어를 전달하는 시작 블록(810)을 포함한다. 입력 블록(812)은 수신한 입력 화면으로부터 정상 스트림 데이터를 인코딩하기 위한 기능 블록(814)으로 제어를 전달한다. 기능 블록(814)은 수신한 입력 화면으로부터 채널 변경 스트림 데이터를 인코딩하기 위한 기능 블록(816)으로 제어를 차례로 전달하는데, 채널 변경 스트림 데이터는 정상 스트림 데이터보다는 저품질 인코딩된 데이터를 포함한다. 기능 블록(816)은 정상 및 채널 변경 데이터 스트림을 조합된 출력 스트림으로 다중화하기 위한 기능 블록(818)으로 제어를 전달하고, 종료 블록(820)으로 제어를 차례로 전달한다.
도 9를 참조하면, 압축된 스트림 데이터를 수신하여, 압축해제된 비디오 출력을 제공하기 위한 비디오 디코딩 방법은 참조번호 900으로 나타낸다. 본 방법(900)은, 압축된 스트림 데이터를 수신하기 위한 입력 블록(912)으로 제어를 전달하는 시작 블록(910)을 포함하고, 입력 블록(912)은 정상 스트림 및 채널 변경 스트림을 분리하기 위한 기능 블록(914)으로 제어를 전달한다. 기능 블록(914)은 압축된 정상 및 채널 변경 스트림 중 적어도 하나를 수신하여, 압축해제된 비디오 출력을 제공하기 위한 기능 블록(916)으로 제어를 전달한다. 기능 블록(916)은, 인터 코딩된 화면을 디코딩할 때 이용하기 위한 기준 화면을 저장하기 위한 기능 블록(918)으로 제어를 차례로 전달한다. 기능 블록(918)은 종료 블록(920)으로 제어 를 전달한다.
정상 스트림 및 채널 변경 스트림의 다중화를 수행할 수도 있는 복수의 가능한 방식이 존재한다. 미리 존재하는 디코더에 대한 개조(alteration)가 없어도 정상 스트림이 디코딩될 수 있는 하위 호환성 시스템(backwards compatible system)을 허용하기 위하여, 하나의 방법은, 채널 변경 스트림의 저품질 코딩된 화면을, 정상 스트림의 대응 화면과 관련된 사용자 데이터에 배치하는 방식이다.
이 방법으로 인하여 디코딩 시스템은 채널 변경 스트림 코딩된 화면의 화면 시간을 식별할 수 있다. 이 방법이 사용되는 경우, 예를 들어 비트 또는 바이트 스터핑(bit or byte stuffing)을 이용함으로써, 채널 변경 스트림에서의 코딩된 화면의 유일한 화면 시작 코드에 대한 개조를 통해, 미리 존재하는 정상 디코더가 사용자 데이터의 채널 변경 스트림 화면 측의 화면 시작 코드를 검출하는 것을 방지하게 할 필요가 있다. 비트 또는 바이트 스터핑 절차는, 데이터를 표준 컴플라이언트 디코더에 전달하기 전에 디코딩 시스템에서 반대로 될 수도 있다.
대안의 다중화 방법은 정상 스트림보다는 채널 변경 스트림에 대해 상이한 PID를 이용하는 것이다. 이 경우, 채널 변경 스트림은 정상 스트림 화면과 동기화되는 코딩된 화면에 대한 타이밍 정보를 포함할 필요가 있을 것이다. 또한, 정상 스트림 및 채널 변경 스트림의 PID 사이에 관련이 있어야 한다.
JVT/H.264/MPEG AVC 압축 표준을 이 시스템에 이용하고, 정상 화면 및 채널 변경 화면의 해상도가 동일한 경우, JVT의 리던던트 화면 신택스는, 슬라이스 헤더에서의 redundant_ pic _ cnt 필드를 채널 변경 화면을 위한 1로 설정함으로써, 채널 변경 화면을 코딩하기 위해 이용할 수도 있다. 이 경우, 디코딩 시스템에서, 채널 변경 스트림 화면은, 슬라이스 헤더에서의 1과 동일한 redundant_ pic _ cnt 필드를 포함하는 화면을 탐색함으로써 식별할 수도 있다.
본 발명의 이러한 특징 및 장점은 본 명세서의 내용에 기초하여 관련분야의 당업자에 의해 이미 규명되었을 수도 있다. 본 발명의 원리는, 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 특정 목적의 프로세서, 또는 그것들의 조합과 같은 다양한 형태로 구현할 수도 있다는 점을 이해하게 된다.
더욱 바람직하게는, 본 발명의 원리는 하드웨어 및 소프트웨어의 조합으로서 구현한다. 또한, 소프트웨어는 바람직하게는 프로그램 저장 유닛상에 실재적으로 구현되는 애플리케이션 프로그램으로서 구현한다. 애플리케이션 프로그램은 어떤 적합한 아키텍처를 포함하는 머신에 의해 업로드 및 실행될 수도 있다. 바람직하게는, 머신은, 하나 이상의 CPU, RAM 및 I/O 인터페이스와 같은 하드웨어를 구비한 컴퓨터 플랫폼상에서 구현한다. 컴퓨터 플랫폼은 오퍼레이팅 시스템 및 마이크로명령 코드를 또한 포함할 수도 있다. 본 명세서에서 기술한 다양한 프로세스 및 기능은, CPU가 실행할 수도 있는 마이크로명령 코드의 부분 또는 애플리케이션 프로그램의 부분, 또는 그것들의 어떤 조합일 수도 있다. 추가로, 예를 들어 추가 데이터 저장 유닛 및 프린팅 유닛과 같은 다양한 다른 주변 유닛은 컴퓨터 플랫폼에 연결할 수도 있다.
첨부한 도면에서 도시한 일부 구성 시스템 컴포넌트 및 방법은 바람직하게는 소프트웨어에서 구현되기 때문에, 시스템 컴포넌트 또는 프로세스 기능 블록 간의 실재 연결은, 본 발명이 프로그램되는 방식에 따라 상이할 수도 있다는 점을 또한 이해하게 된다. 본 명세서의 내용에 따르면, 관련분야의 당업자는 본 발명의 이와 같이 유사한 구현 또는 구성을 고려할 수 있을 것이다.
본 명세서는 첨부한 도면을 참조하여 예시적인 실시예를 기술하지만, 본 발명은 그러한 실시예에 한정하는 것이 아니며, 관련분야의 당업자는 본 발명의 사상 또는 범위를 벗어나지 않는 다양한 변경 및 수정이 이루어질 수도 있음을 이해하게 된다. 모든 그러한 변경 및 수정은 첨부한 청구범위에서 설명하는 본 발명의 사상에 포함된다.
Claims (12)
- 압축된 스트림 데이터를 수신하여 압축해제된 비디오 출력을 제공하기 위한 비디오 디코더(200)로서,상기 디코더는,압축된 스트림 데이터를 수신하여 정상 스트림 및 채널 변경 스트림으로 분리하기 위한 디멀티플렉서(210),상기 디멀티플렉서와 신호 통신하며, 압축된 정상 및 채널 변경 스트림 중 적어도 하나를 선택적으로 수신하여 압축해제된 비디오 출력을 제공하기 위한 정상 디코딩부(normal decoding portion : 212), 및상기 정상 디코딩부와 신호 통신하며, 기준 화면들을 저장하기 위한 적어도 하나의 정상 프레임 저장부를 포함하는 비디오 디코더.
- 제1항에 있어서,상기 디멀티플렉서와 신호 통신하며, 압축된 채널 변경 스트림을 수신하기 위한 저해상도 디코딩부(618),상기 저해상도 디코딩부와 신호 통신하며, 기준 화면들을 저장하기 위한 적어도 하나의 채널 변경 프레임 저장부(620),상기 저해상도 디코딩부와 신호 통신하며, 압축해제된 비디오 데이터를 업샘플링(upsampling)하고 또한 적어도 하나의 정상 프레임 저장부 및 디스플레이에게 상기 데이터를 선택적으로 출력하기 위한 업샘플링 유닛(622)을 더 포함하는 비디오 디코더.
- 제1항에 있어서,상기 정상 디코딩부와 신호 통신하며, 압축해제된 비디오 데이터를 후처리하고 또한 적어도 하나의 정상 프레임 저장부 및 디스플레이에게 상기 데이터를 선택적으로 출력하기 위한 후처리 필터(716)를 더 포함하는 비디오 디코더.
- 제1항에 있어서,디코딩할 압축된 화면을 정상 스트림 및 채널 변경 스트림 중 하나로부터 선택하기 위한 수단을 더 포함하는 비디오 디코더.
- 제4항에 있어서,저해상도 채널 변경 스트림 화면들을 업샘플링하기 위한 수단을 더 포함하는 비디오 디코더.
- 제1항에 있어서,ITU-T H.264[또한 ISO/IEC MPEG 14496-10] 표준에 따라 리던던트 화면 신택스를 디코딩하기 위한 수단을 더 포함하는 비디오 디코더.
- 제1항에 있어서,대응 정상 스트림 화면들의 사용자 데이터로부터 채널 변경 화면들을 디코딩하기 위한 수단을 더 포함하는 비디오 디코더.
- 제1항에 있어서,후속하는 채널 변경 스트림 인트라 코딩된 화면들을 위해 정상 스트림 화면 또는 채널 변경 스트림 화면을 이용할지를 나타내는 인코더로부터의 신호에 응답하기 위한 수단을 더 포함하는 비디오 디코더.
- 제4항에 있어서,정상 디코더의 출력을 후처리하여 저품질로부터 정상 품질로의 갑작스러운 출력의 변화를 줄이기 위한 수단을 더 포함하는 비디오 디코더.
- 압축된 스트림 데이터를 수신하여 압축해제된 비디오 출력을 제공하기 위한 비디오 디코딩 방법(900)으로서,압축된 스트림 데이터를 수신하여(912) 정상 스트림 및 채널 변경 스트림으로 분리하는 단계(914),압축된 정상 및 채널 변경 스트림들 중 적어도 하나를 수신하여 압축해제된 비디오 출력을 제공하는 단계(916), 및인터 코딩된 화면들을 디코딩할 때 이용하기 위한 기준 화면들을 저장하는 단계(918)를 포함하는 비디오 디코딩 방법.
- 제10항에 있어서,디코딩할 압축된 화면을 정상 스트림 및 채널 변경 스트림 중 하나로부터 선택하는 단계,저해상도 채널 변경 스트림 화면들을 업샘플링하는 단계,JVT 표준에 따라 리던던트 화면 신택스를 디코딩하는 단계,대응 정상 스트림 화면들의 사용자 데이터로부터 채널 변경 화면들을 디코딩하는 단계,후속하는 채널 변경 스트림 인트라 코딩된 화면들을 위해 정상 스트림 화면 또는 채널 변경 스트림 화면을 이용할지를 나타내는 인코더로부터의 신호에 응답하는 단계, 및정상 디코더의 출력을 후처리하여 저품질로부터 정상 품질로의 갑작스러운 출력의 변화를 줄이는 단계중 적어도 하나를 더 포함하는 비디오 디코딩 방법.
- 컴퓨터 판독가능 매체로서,상기 컴퓨터 판독가능 매체는 압축된 디지털 비디오 신호가 상기 컴퓨터 판독가능 매체상에서 코드워드들에 의해 나타내어지는 식으로 인코딩되고,상기 압축된 디지털 비디오 신호는,정상 비디오 품질 스트림에 대응하는 제1의 복수의 블록 변환 계수, 및채널 변경 스트림에 대응하는 제2의 복수의 블록 변환 계수를 포함하는컴퓨터 판독가능 매체.
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