KR101071201B1 - 폴리페이즈 방식을 이용한 영상 압축 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폴리페이즈 방식을 이용한 영상 압축 방법에 관한 것으로, 영상 소스에서 출력되는 연속적인 영상 프레임을 순차적으로 내부 인코더인 인코더 1, 2,…, N(N은 내부 인코더의 갯수)로 분배하는 분배기로부터 분배된 프레임을 매크로 블록 단위로 압축하는 상기 N개의 내부 인코더(인코더 1,2,3,…,N); 및 내부 인코더들로부터 데이터를 GOP 전체 시퀀스대로 프레임을 모으는 합산기를 포함하는 폴리페이즈 인코더(Polyphase Encoder)에서, 폴리페이즈 인코더는 내부 인코더의 갯수가 N이고 입력되는 프레임의 슬라이스 갯수가 L 일 때, 이전 프레임의 L/N 번째 슬라이스가 종료되면 현재 프레임의 압축을 수행하며 참조 프레임에 따라 여러개의 페이즈가 무한히 반복되는 폴리페이즈 압축 방식을 사용하여 첨두신호대잡음비(Peak signal to nise ratio)의 감소없이 대용량 영상 데이터를 압축한다.

Description

폴리페이즈 방식을 이용한 영상 압축 방법{Video compression method using Polyphase method}
본 발명은 폴리페이즈(Polyphase) 방식을 이용한 영상 압축 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폴리페이즈 압축 방식을 사용하여 첨두신호대잡음비(PSNR : Peak Signal to Noise Ratio)의 감소없이 대용량 영상 데이터를 압축하는, 폴리페이즈 방식을 이용한 영상 압축 방법에 관한 것이다.
도 1은 N=4인 경우 폴리페이즈(Polyphase) 인코더의 구성도이다.
내부 인코더의 갯수 N=4인 경우 폴리페이즈 인코더의 분배기(100)는 영상 소스에서 출력되는 연속적인 영상 프레임을 순차적으로 내부 인코더인 인코더 1, 2,…, N(N은 인코더의 갯수)(110,120,130,140)에 분배한다. 내부 인코더인 인코더 1, 2,…, N(110,120,130,140)은 분배된 프레임을 매크로 블록 단위로 압축한다. N개의 내부 인코더들(인코더 1, 2,…, N)(110,120,130,140)로부터 GOP 전체 시퀀스대로 프레임을 모으는 합산기(145)는 폴리페이즈 인코더의 내부 인코더에서 발생한 비트를 파일에 저장되거나 유/무선으로 전송된다.
도 2는 도 1의 구성에 대하여 N = 4일 때 폴리페이즈 인코더의 동작 순서를 나타낸 도면이다.
영상 소스로부터 영상 데이터 V(0), V(1), V(2),… 가 생성되는 시간 간격을 T라고 가정한다. t = 0에서 영상 프레임 V(0)이 폴리페이즈 인코더로 입력되면 분배기에 의해 이 프레임은 내부 인코더 중 하나인 인코더 1로 입력되고 압축 과정을 거쳐 t = 4T에 압축된 비트를 출력한다. t = T에서 인코더 2는 프레임 V(1)을 압축하고 t = 5T에 압축된 비트를 출력한다. 이와 같은 방식으로 인코더 3, 4는 입력된 프레임 V(2), V(3)을 압축하고 비트를 출력한다. t = 4T에서 인코더 1은 입력된 프레임 V(4)를 압축하면서 동시에 V(0)의 압축된 비트를 출력한다. t = 5T에서 인코더 2는 입력된 프레임 V(5)를 압축하면서 동시에 V(1)의 압축된 비트를 출력한다.
이와 같은 방식으로 인코더 3, 4는 입력된 프레임 V(6), V(7)을 압축하고 각각 동시에 V(2), V(3)의 압축된 비트를 출력한다.
도 2를 참조하면, 폴리페이즈 내부 인코더는 순차적으로 동작하면서 병렬로 동작하는 것을 알 수 있다. 도 1과 같이 구성하고, 도 2와 같이 병렬로 동작하면, 폴리페이즈 인코더의 내부 인코더인 인코더 1, 2, … N으로 입력되는 프레임의 샘플링 속도는 단일 인코더를 사용할 경우 샘플링 속도의 1/N로 감소한다. 따라서, 내부 인코더의 갯수를 N으로 증가시키면 일반 영상 프레임보다 N배 고속으로 입력되거나 N배 데이터 량이 많은 영상에 대해서도 추가적인 고속 알고리즘 개발 없이 압축할 수 있다. 그러나, 이와 같은 방식을 사용할 경우 단일 인코더를 사용하는 경우보다 첨두신호대잡음비가 감소되는 단점을 갖는다.
참고로, 첨두신호대잡음비는 영상처리에서 어떤 두 영상에 대한 차이를 사람들 사이에 감을 가질 수 있도록 숫자로 나타내기 위한 값이다.
PSNR = 10*log_{10} [(255*255)/MSE]
MSE = 1/N^2 *SUM_{x=1}^{N}[SUM_{y=1}^{N}[(f(x,y)-g(x,y))^2]]
: 모든 동일위치의 픽셀값의 차이의 제곱의 합 / 모든 픽셀 갯수의 제곱
여기서, x: 영상의 x resolution, y: 영상의 y resolution
N (=x*y) : 모든 픽셀의 갯수, SUM: sigma operation
f(x,y) : 좌표(x,y)의 비교 영상 픽셀값
g(x,y) : 좌표(x,y)의 원래 영상 픽셀값
단일 인코더를 사용하는 경우보다 첨두신호대잡음비가 감소되는 이유를 알아보기 위해 도 2를 참조하면, 단일 인코더를 사용하는 경우 입력 프레임이 V(0), V(1), V(2), V(3)…의 순서이지만, 폴리페이즈 인코더의 내부 인코더 중 하나인 인코더 1이 사용하는 입력 프레임은 V(0), V(4), V(8),…의 순서이다. 내부 인코더에 입력되는 프레임은 다운 샘플링(down sampling)된 프레임이므로 프레임 사이의 유사성이 단일 인코더로 입력되는 프레임의 유사성보다 감소하게 된다. 일반적으로 프레임 사이의 유사성이 감소하면 움직임 추정(motion estimation)을 사용하는 매크로 블록의 갯수가 감소하고 해당 매크로 블록을 인트라로 설정하여 오직 이산 코사인 변환 및 양자화(Quantization)에 의해 압축하는 매크로 블록의 갯수가 증가하게 된다. 인트라로 처리하는 매크로 블록이 증가하면 발생하는 비트 양이 증가한다. 인코더는 증가된 비트 양을 제어하기 위하여 양자화 스케일의 크기를 증가하게 되므로 첨두신호대잡음비가 감소하게 된다.
도 3은 폴리페이즈 인코더의 내부 인코더 갯수 N에 대한 Y 성분의 평균 첨두신호대잡음비를 비교한 도면이다. 평균 첨두신호대잡음비 계산을 위해 사용된 시험 영상은 8개이며 서로 다른 움직임 특성을 갖는다.
도 3에서, 폴리페이즈 인코더의 내부 인코더의 갯수(N)가 N = 1의 경우 첨두신호대잡음비는 단일 인코더의 첨두신호대잡음비를 의미하며, 단일 인코더에 비해 폴리페이즈 인코더의 첨두신호대잡음비가 최대 약 4 dB 감소한다는 사실을 알 수 있다. 폴리페이즈 인코더의 내부 인코더 갯수(N)이 증가함에 따라 폴리페이즈 인코더의 첨두신호대잡음비가 감소하고, N이 4 이상이면(N≥4) 첨두신호대잡음비가 감소하지 않고 일정한 값을 갖는다. N≥4인 경우, 폴리페이즈 인코더의 내부 인코더에서 사용하는 프레임 사이의 유사성이 더 이상 감소하지 않고 일정하여 움직임 추정(motion estimation)을 사용하지 않고 인트라로 처리하는 매크로 블록의 갯수가 증가하지 않음을 의미한다.
폴리페이즈 인코더는 내부 인코더의 갯수 N개의 인코더가 병렬로 작동하므로 각 인코더가 압축하는데 소요되는 시간을 NT 배로 증가시킬 수 있으므로 엔코더의 갯수를 N 배 증가시키면, 일반 비디오 프레임(Video Frame)보다 N배 데이터 량이 많은 영상에 대해서도 별도의 고속 알고리즘 개발이나 하드웨어의 성능 향상 없이 압축할 수 있다. 그러나, 폴리페이즈 인코더는 인코더의 갯수(N)이 증가함에 따라 영상 화질의 수치적 표현인 첨두신호대잡음비가 약 4 dB 감소하는 문제점이 있었다.
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 폴리페이즈(Polyphase) 인코더의 내부 인코더의 갯수가 N이고 입력되는 프레임의 슬라이스 갯수가 L 일 때, 이전 프레임의 L/N 번째 슬라이스가 종료되면 현재 프레임의 압축을 수행하며 참조 프레임에 따라 여러개의 페이즈(Phase)가 무한히 반복되는 폴리페이즈 압축 방식을 사용하여 병렬처리로 첨두신호대잡음비(Peak signal to noise ratio)의 감소없이 대용량 영상 데이터를 압축하는, 폴리페이즈 방식을 이용한 영상 압축 방법을 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 폴리페이즈(Polyphase) 방식을 이용한 영상 압축 방법은, 영상 소스에서 출력되는 연속적인 영상 프레임을 순차적으로 내부 인코더인 인코더 1, 2,…, N(N은 내부 인코더의 갯수)로 분배하는 분배기로부터 분배된 프레임을 매크로 블록 단위로 압축하는 상기 N개의 내부 인코더(인코더 1,2,3,…,N); 및 상기 N개의 내부 인코더들로부터 GOP(Group of pictures) 전체 시퀀스대로 프레임을 모으는 합산기를 구비하는 폴리페이즈 인코더에서, (a) 상기 폴리페이즈 인코더의 내부 인코더의 갯수가 N이고, 입력되는 프레임의 슬라이스 갯수가 L인 경우, GOP의 이전 프레임의 L/N 번째 슬라이스가 종료되면 현재 프레임의 압축을 수행하며 참조 프레임에 따라 여러개의 페이즈(Phase)(N=4인 경우, 페이즈 1,2,3,1,2,3...)가 반복되는 폴리페이즈 압축 방식을 사용하여 영상 압축을 위해 초기 페이즈 0에서 인코더 1에 의해 I(0) 프레임을 입력받아 압축하여 순방향 참조 프레임 I(0)을 인코더 2로 전송하는 단계; 및 (b) 동일한 페이즈 상에서 순차적으로 각각의 내부 인코더(인코더 1,2,3,4)에 의해 전 단계의 순방향 참조 프레임을 현재 인코더(인코더 2)로 수신받아 현재 프레임을 압축하고 역방향 참조 프레임을 다음 인코더(인코더 3)로 전송하여 각각 현재 프레임을 압축하여 저장하는 단계; 및 (c) 이전 페이즈(페이즈 0)의 인코더로부터 다음 페이즈(페이즈 1)에서 인코더 1으로 프레임을 수신받아 순차적으로 N개의 인코더에 의해 병렬처리로 영상을 압축하여 저장하는 (b)-(c) 과정을 반복하는 단계를 포함한다.
이와 같이, 본 발명에 따른 폴리페이즈(Polyphase) 방식을 이용한 영상 압축 방법은 폴리페이즈 인코더의 내부 인코더의 갯수가 N이고 입력되는 프레임의 슬라이스 갯수가 L인 경우, 이전 프레임의 L/N 번째 슬라이스가 종료되면 현재 프레임의 압축을 수행하며 참조 프레임에 따라 여러개의 페이즈(Phase)가 무한히 반복되는 폴리페이즈 압축 방식을 사용하여 병렬처리로 첨두신호대잡음비(PSNR)의 감소없이 효과적으로 대용량 영상 데이터를 압축하는 효과가 있다.
도 1은 N = 4인 경우 폴리페이즈(Polyphase) 인코더 구성도,
도 2는 도 1의 구성에 대하여 N = 4일 때 폴리페이즈 인코더의 동작 순서를 나타낸 도면.
도 3은 폴리페이즈 인코더의 내부 인코더 갯수 N에 대한 Y 성분의 평균 첨두신호대잡음비(PSNR : Peak Signal to Noise Ratio)를 비교한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 폴리페이즈 인코더를 이용한 영상 압축 방식을 설명한 도면,
도 5는 MPEG 영상 프레임의 GOP(Group Of Pictures)를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 N = 4인 경우 페이즈(Phase)의 반복과 참조 프레임 전송 순서를 나타낸 도면.
도 7은 N = 2인 경우 페이즈의 반복과 참조 프레임 전송 순서를 나타낸 도면.
도 8은 N = 3인 경우 페이즈의 반복과 참조 프레임 전송 순서를 나타낸 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 폴리페이즈(Polyphase) 인코더는 도 1에 도시된 바와 같이, 영상 소스에서 출력되는 연속적인 영상 프레임을 순차적으로 내부 인코더인 인코더 1, 2,…, N(N은 인코더의 갯수)에 분배하는 분배기(100); 분배기(110)로부터 분배된 프레임을 매크로 블록 단위로 압축하는 내부 인코더인 인코더 1,2,…, N(110,120,130,140); 및 N개의 내부 인코더들인 인코더 1,2,…, N(110,120,130,140)로부터 GOP(Group Of Pictures)의 전체 시퀀스(Sequence)대로 프레임을 모으는 합산기(145)로 구성된다. 폴리페이즈 인코더(내부 인코더의 갯수 N=4인 경우)를 그대로 사용하고, 내부 인코더에서 발생한 비트는 합산기(145)에서 파일에 저장되거나 유/무선으로 전송된다.
본 발명은 도 3에 설명된 이러한 단점을 해결하기 위해 폴리페이즈 인코더는 도 1, 도 2와 같은 구조와 동작 순서를 갖지만 도 4와 같은 영상 압축 기법을 사용한다.
도 4는 폴리페이즈 인코더를 이용한 영상 압축 방식을 설명한 도면이다,
폴리페이즈 인코더의 내부 인코더의 갯수가 N이고 입력되는 프레임의 슬라이스 갯수가 L인 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 인코더 1은 프레임 V(0)에 대한 압축을 시작한다. 인코더 1이 프레임 V(0)의 L/N 번째 슬라이스(slice)에 대한 압축이 종료되고 프레임 V(1)이 입력되면, 인코더 2는 V(1)의 1번째 슬라이스에 대한 압축을 시작한다. 인코더 2가 프레임 V(1)의 L/N 번째 슬라이스에 대한 압축을 종료하고 프레임 V(2)가 입력되면, 인코더 3은 V(2)의 1번째 슬라이스에 대한 압축을 시작하는 방식으로 이 과정을 인코더 N까지 반복한다. 이와 같이, 프레임을 슬라이스 단위로 분해하여 영상을 압축하는 기법을 사용하면 움직임 추정(motion estimation)이 수행될 때, 폴리페이즈 인코더의 프레임 간 유사성이 단일 인코더와 동일하게 유지되므로 압축할 때 인트라로 처리하는 매크로 블록이 증가하지 않게 된다. 그러므로, 발생하는 비트 양을 증가하지 않고 양자화 스케일의 크기가 증가하지 않으므로 폴리페이즈 인코더의 첨두신호대잡음비(Peak signal to noise ratio)를 단일 인코더의 첨두신호대잡음비와 동일하게 유지할 수 있게 된다.
지금까지 설명한 슬라이스(slice) 단위로 분해하여 압축하는 기법을 구현하기 위해 폴리페이즈 인코더의 GOP 내의 프레임 갯수 15, I/P 프레임과 P 프레임 사이의 간격 M = 3, 내부 인코더 갯수 N = 4인 경우 현재 프레임에 대한 P 프레임의 순방향 참조 프레임과 B 프레임에서의 순방향 및 역방향 참조 프레임을 도 6과 같이 표시하였다.
도 5는 MPEG 영상 프레임의 GOP를 설명하기 위한 도면이다.
참고로, GOP는 MPEG 비디오 압축을 위한 MPEG 영상 프레임의 집합을 의미하고, MPEG-1/2 인코딩의 가장 기본으로 키 프레임(I-frame)부터 다음 키 프레임(I-frame)까지의 프레임의 집합을 뜻한다. 각각의 MPEG 코딩된 비디오 스트림(each MPEG-coded video stream)은 연속적인 GOP들(successive GOPs)로 구성된다
GOP 내에는 I-frame, P-frame, B-frame의 3종류의 프레임이 존재한다.
I-frame(Intra-frame, Intra-coded picture, 인트라 프레임)은 각 GOP의 픽처의 처음을 시작하는 키 프레임으로 레퍼런스 픽처(reference ficture) 프레임(화질 좋고 용량도 큼)을 의미한다. 하나의 GOP는 반드시 한 장 또는 여러 장의 I-frame을 포함한다. TV 전송에서 NTSC(30 fps) 신호에서는 15 frame을 사용하고, PAL(25 fps) 신호에서는 12 frame을 사용한다.
P-frame(predictitive-coded picture, 예측 프레임)은 이전 프레임을 레퍼런스로 해서 모션 보정을 이용하여 인코딩하고(순방향 예측), 현재 프레임과 앞의 I-frame과의 차이를 관찰하여 만들어진 예측 정보만을 포함한다. P-frame은 I-frame보다 대단히 적은 데이터를 포함한다. P-frame(화질도 중간, 용량도 중간)을 보기 위해 하나의 완전한 MPEG-2 GOP가 디코딩(decoding)되어야 한다.
B-frame(Bi-directionally predictive-coded picture, 쌍방향 예측 프레임)은 MPEG 이전 프레임 뿐만 아니라 현재 프레임 후의 표시될 예정인 프레임으로부터 쌍방향 예측(순방향/역방향 예측 프레임)(화질도 최하, 용량도 최하)이다. B-frame은 MPEG 신호에서 사용되는 쌍방향 예측 프레임이고, P-frame보다 상대적으로 적은 데이터를 갖는다. 그러나 원래 화상 신호를 보려면 MPEG 전체 시퀀스가 필요하다.
도 6은 N = 4인 경우 페이즈(Phase)의 반복과 참조 프레임 전송 순서를 나타낸 도면이다.
페이즈 0에서 각 인코더가 압축하는 프레임은 I,P,B,B 프레임이고 페이즈 1에서 각 인코더가 압축하는 프레임은 P,B,B,P 프레임이며, 페이즈 2에서 각 인코더가 압축하는 프레임은 B,B,P,B 프레임이고, 페이즈 3에서 각 인코더가 압축하는 프레임은 B,I,B,B 프레임이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 폴리페이즈 인코더의 내부 인코더의 갯수 N=4인 경우, 페이즈 0을 제외하고 페이즈 1, 2, 3, 1, 2, 3,... 과 같이 무한히 반복된다. 다만, 페이즈 3에서 I/P 프레임이 서로 다른 것을 볼 수 있는데, 폴리페이즈 인코더는 각 인코더에서 순번에 의해 현재 입력된 프레임이 I 프레임인지 P 프레임인지 알 수 있으므로, 현재 프레임이 I 프레임이면 움직임 추정을 수행하지 않고, P 프레임이면 움직임 추정을 수행하게 되므로 동일한 패턴이 될 수 있다. 영상 신호의 GOP내 프레임 갯수와 I 프레임과 P 프레임의 간격이 결정되면, 나머지는 모두 B 프레임이므로 프레임 패턴은 반복성을 갖는다. 따라서, I/P 프레임과 P 프레임의 간격이 M인 경우, 폴리페이즈 인코더의 내부 인코더의 갯수 N을 증가하여도 생성되는 페이즈는 0, 1, 2, … M으로 제한된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 폴리페이즈 인코더에서 GOP 내의 프레임 갯수 15, I/P 프레임과 P 프레임 사이의 간격 M = 3, 내부 인코더 갯수 N = 4이고, 페이즈 0에서 각 인코더가 압축하는 I,P,B,B 프레임, 페이즈 1에서 각 인코더가 압축하는 P,B,B,P 프레임, 페이즈 2에서 각 인코더가 압축하는 B,B,P,B 프레임, 페이즈 3에서 각 인코더가 압축하는 B,I,B,B 프레임인 경우, 페이즈 0에서 인코더 1은 I(0) 프레임을 입력받아 압축한다.
페이즈 1에서 인코더 1은 P 프레임을 압축해야 하고, 순방향 참조 프레임으로 페이즈 0의 인코더 2에서 사용한 P(3)(이전 페이즈 0에서 저장되지 않은 프레임)을 수신하여 압축한다.
페이즈 2에서 인코더 1은 B 프레임을 압축하여야 하고, 순방향 참조 프레임으로 P(6)(이전 페이즈 1에서 저장된 프레임)을 사용해야 한다. P(6)은 이미 페이즈 1에서 인코더 1이 사용하여 저장하고 있으므로, 인코더 1은 추가로 수신할 필요없이 역방향 참조 프레임으로 페이즈 1의 인코더 4에서 P(9)를 수신하여 압축한다.
페이즈 3에서 인코더 1은 B 프레임을 압축해야 하고, 순방향 참조 프레임으로 P(9)(이전 페이즈 2에서 저장되지 않은 프레임)을 사용하여야 한다. P(9)는 이미 페이즈 1에서 인코더 1이 사용하여 저장하고 있으므로, 인코더 1은 추가로 수신할 필요없이 역방향 참조 프레임으로 페이즈 2의 인코더 3에서 P(12)를 수신하여 압축한다.
다음 페이즈 1에서 인코더 1은 P 프레임을 압축해야 하고, 순방향 참조 프레임으로 전 단계의 페이즈 3의 인코더 2에서 사용한 I(15)를 수신하여 압축하고 상기 압축 과정을 반복한다.
폴리페이즈 인코더에 내부 인코더의 갯수 N=4, 페이즈 0,1,2,3,1,2,3...존재하는 경우, 동일한 페이즈 상에서 각각 내부의 인코더(인코더 1,2,3,4)는 전 단계의 순방향 참조 프레임을 현재 인코더(인코더 2) 수신받아 현재 프레임을 압축하고 역방향 참조 프레임을 다음 인코더(인코더 3)로 전송하여 각각 현재 프레임을 압축한다.
이와 같이 구성하면, GOP(Group of Pictures)(도 6에서 I(0)~B(11)까지) 내에서 단순히 소스 프레임과 참조 프레임을 전송하는 방식을 사용하는 경우, 총 프레임 갯수가 33개인데 비하여 도 6과 같은 방식을 사용하는 경우 전송해야 할 프레임 갯수가 25개로 감소되어 약 24%의 통신량이 감소한다. 이 방식을 N = 2와 N = 3에 대하여 적용하면, 페이즈의 반복과 참조 프레임 전송 순서는 도 7, 도 8과 같이 된다.
도 7은 N = 2인 경우 페이즈의 반복과 참조 프레임 전송 순서를 나타낸 도면이다. 도 8은 N = 3인 경우 페이즈의 반복과 참조 프레임 전송 순서를 나타낸 도면이다.
폴리페이즈 방식을 이용한 영상 압축 방법은, 영상 소스에서 출력되는 연속적인 영상 프레임을 순차적으로 내부 인코더인 인코더 1, 2,…, N(N은 내부 인코더의 갯수)로 분배하는 분배기(100)로부터 분배된 프레임을 매크로 블록 단위로 압축하는 상기 N개의 내부 인코더(인코더 1,2,3,…,N)(110,120,130,140); 및 상기 N개의 내부 인코더들(인코더 1,2,3,…,N)로부터 GOP 전체 시퀀스대로 프레임을 모으는 합산기(145)를 구비하는 폴리페이즈 인코더에서, (a) 상기 폴리페이즈 인코더의 내부 인코더의 갯수가 N이고, 입력되는 프레임의 슬라이스 갯수가 L인 경우, GOP의 이전 프레임의 L/N 번째 슬라이스가 종료되면 현재 프레임의 압축을 수행하며 참조 프레임에 따라 여러개의 페이즈(N=4인 경우, 페이즈 0,1,2,3,1,2,3...)가 반복되는 폴리페이즈 압축 방식을 사용하여 영상 압축을 위해 초기 페이즈 0에서 인코더 1에 의해 I(0) 프레임을 입력받아 압축하여 순방향 참조 프레임 I(0)을 인코더 2로 전송하는 단계; 및 (b) 동일한 페이즈 상에서 순차적으로 각각의 내부 인코더(인코더 1,2,3,4)에 의해 전 단계의 순방향 참조 프레임을 현재 인코더(인코더 2)로 수신받아 현재 프레임을 압축하고 역방향 참조 프레임을 다음 인코더(인코더 3)로 전송하여 각각 현재 프레임을 압축하여 저장하는 단계; 및 (c) 이전 페이즈(페이즈 0)의 인코더로부터 다음 페이즈(페이즈 1)에서 인코더 1으로 프레임을 수신받아 순차적으로 N개의 인코더에 의해 병렬처리로 영상을 압축하여 저장하는 (b)-(c) 과정을 반복하는 단계를 포함한다.
N = 2인 경우, 영상 신호의 GOP 내에서 단순히 소스 프레임과 참조 프레임을 전송하는 방식을 사용하는 경우 총 프레임 갯수가 33개인데 비하여, 도 6과 같은 방식을 사용하는 경우 전송해야 할 프레임 갯수가 18개로 감소되어 약 45%의 통신량이 감소한다.
N = 3인 경우, 영상 신호의 GOP 내에서 단순히 소스 프레임과 참조 프레임을 전송하는 방식을 사용하는 경우 총 프레임 갯수가 33개인데 비하여 도 6과 같은 방식을 사용하는 경우 전송해야 할 프레임 갯수가 22개로 감소되어 약 33%의 통신량이 감소한다.
N = 2인 경우 페이즈 0을 제외하고 페이즈 1, 2, 3, 1, 2, 3, … 등으로 반복됨을 알 수 있으며, N = 3인 경우도 페이즈 0을 제외하고 페이즈 1, 1, 1, 1, … 등으로 반복됨을 알 수 있다. 이와 같이 반복되는 구조를 사용하면, 폴리페이즈 인코더의 내부 인코더 인코더 1, 2, 3, … N이 압축하는 I, P, B 프레임이 시간에 따라 변화하고 순방향 및 역방향으로 참조하는 프레임이 변경되어도 이와 같은 페이즈의 반복성을 이용하면 프레임을 전송하는 통신량을 감소시킬 뿐만 아니라 좀 더 쉽게 폴리페이즈 인코더를 구현할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경, 응용이 당업자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 분배기 110: 인코더1
120: 인코더2 130: 인코더3
140: 인코더N 145: 합산기

Claims (6)

  1. 폴리페이즈 방식을 이용한 영상 압축 방법에 있어서, 영상 소스에서 출력되는 연속적인 영상 프레임을 순차적으로 내부 인코더인 인코더 1, 2,…, N(N은 내부 인코더의 갯수)로 분배하는 분배기로부터 분배된 프레임을 매크로 블록 단위로 압축하는 상기 N개의 내부 인코더(인코더 1,2,3,…,N); 및 상기 N개의 내부 인코더들로부터 GOP 전체 시퀀스대로 프레임을 모으는 합산기를 구비하는 폴리페이즈 인코더(Polyphase Encoder)에서,
    (a) 상기 폴리페이즈 인코더의 내부 인코더의 갯수가 N이고, 입력되는 프레임의 슬라이스 갯수가 L인 경우, GOP(Group of pictures)의 이전 프레임의 L/N 번째 슬라이스가 종료되면 현재 프레임의 압축을 수행하며 참조 프레임에 따라 여러개의 페이즈(N=4인 경우, 페이즈 0,1,2,3,1,2,3...)가 반복되는 폴리페이즈 압축 방식을 사용하여 영상 압축을 위해 초기 페이즈 0에서 인코더 1에 의해 I(0) 프레임을 입력받아 압축하여 순방향 참조 프레임 I(0)을 인코더 2로 전송하는 단계; 및
    (b) 동일한 페이즈 상에서 순차적으로 각각의 내부 인코더(인코더 1,2,3,4)에 의해 전 단계의 순방향 참조 프레임을 현재 인코더(인코더 2)로 수신받아 현재 프레임을 압축하고 역방향 참조 프레임을 다음 인코더(인코더 3)로 전송하여 각각 현재 프레임을 압축하여 저장하는 단계; 및
    (c) 이전 페이즈(페이즈 0)의 인코더로부터 다음 페이즈(페이즈 1)에서 인코더 1으로 프레임을 수신받아 순차적으로 N개의 인코더에 의해 병렬처리로 영상을 압축하여 저장하는 (b)-(c) 과정을 반복하는 단계;
    를 포함하는 폴리페이즈 방식을 이용한 영상 압축 방법.
  2. 폴리페이즈 방식을 이용한 영상 압축 방법에 있어서,
    상기 폴리페이즈 인코더의 내부 인코더의 갯수가 N=4인 경우, MPEG 영상 프레임의 GOP(Group of pictures)가 페이즈 0에서 각 인코더가 압축하는 I,P,B,B 프레임, 페이즈 1에서 각 인코더가 압축하는 P,B,B,P 프레임, 페이즈 2에서 각 인코더가 압축하는 B,B,P,B 프레임, 페이즈 3에서 각 인코더가 압축하는 B,I,B,B 프레임인 경우,
    (a) 페이즈 0에서 인코더 1에 의해 I(0) 프레임을 입력받아 압축하는 단계;
    (b) 페이즈 1에서 인코더 1에 의해 P 프레임을 압축해야 하고, 순방향 참조 프레임으로 페이즈 0의 인코더 2에서 사용한 P(3)(이전 페이즈 0에서 저장되지 않은 프레임)을 수신하여 압축하는 단계;
    (c) 페이즈 2에서 인코더 1에 의해 B 프레임을 압축하여야 하고, 순방향 참조 프레임으로 P(6)(이전 페이즈 1에서 저장된 프레임)을 사용해야 하고, P(6)이 이미 페이즈 1에서 인코더 1이 사용하여 저장하고 있으므로, 추가로 수신할 필요없이 역방향 참조 프레임으로 페이즈 1의 인코더 4에서 P(9)를 수신하여 인코더 1에 의해 압축하는 단계; 및
    (d) 페이즈 3에서 인코더 1에 의해 B 프레임을 압축해야 하고, 순방향 참조 프레임으로 P(9)(이전 페이즈 2에서 저장되지 않은 프레임)을 사용하여야 하고, P(9)가 이미 페이즈 1에서 인코더 1이 사용하여 저장하고 있으므로, 추가로 수신할 필요없이 역방향 참조 프레임으로 페이즈 2의 인코더 3에서 P(12)를 수신하여 인코더 1에 의해 압축하는 단계; 및
    (e) 다음 페이즈 1에서 인코더 1에 의해 P 프레임을 압축해야 하고, 순방향 참조 프레임으로 전 단계의 페이즈 3의 인코더 2에서 사용한 I(15)를 수신하여 압축하고 상기 압축 과정을 반복하는 단계;
    를 포함하는 폴리페이즈 방식을 이용한 영상 압축 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 폴리페이즈 인코더의 각각이 내부 인코더는 동일한 페이즈 상에서 순차적으로 각각의 내부 인코더(인코더 1,2,3,4)에 의해 전 단계의 순방향 참조 프레임을 현재 인코더(인코더 2)로 수신받아 현재 프레임을 압축하고 역방향 참조 프레임을 다음 인코더(인코더 3)로 전송하여 각각 현재 프레임을 압축하여 저장하는 것을 특징으로 하는 폴리페이즈 방식을 이용한 영상 압축 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 폴리페이즈 인코더의 내부 인코더의 갯수 N=4인 경우, 페이즈 0을 제외하고 페이즈 1,2,3,1,2,3,...과 같이 무한히 반복되고, 상기 폴리페이즈 인코더는 각 인코더에서 순번에 의해 현재 입력된 프레임이 I 프레임인지 P 프레임인지 알 수 있으므로, 현재 프레임이 I 프레임이면 움직임 추정을 수행하지 않고, P 프레임이면 움직임 추정을 수행하게 되므로 동일한 패턴이 되며, 상기 영상 신호의 GOP(Group of Pictures)내 프레임 갯수와 I 프레임과 P 프레임의 간격이 결정되면, 나머지는 모두 B 프레임이므로 프레임 패턴은 반복성을 갖는 것을 특징으로 하는 폴리페이즈 방식을 이용한 영상 압축 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 폴리페이즈 인코더에서, I/P 프레임과 P 프레임의 간격이 M인 경우, 내부 인코더의 갯수 N을 증가하여도 생성되는 페이즈는 0, 1, 2, … M으로 제한되는 것을 특징으로 하는 폴리페이즈 방식을 이용한 영상 압축 방법.
  6. 제2항에 있어서,
    N = 2인 경우 페이즈 0을 제외하고 페이즈 1, 2, 3, 1, 2, 3, … 등으로 반복되고, N = 3인 경우도 페이즈 0을 제외하고 페이즈 1, 1, 1, 1, … 등으로 반복되는 구조를 사용하면, 상기 폴리페이즈 인코더의 내부 인코더인 인코더 1, 2, 3, … N이 압축하는 I, P, B 프레임이 시간에 따라 변화하고 순방향 및 역방향으로 참조하는 프레임이 변경되어도 이와 같은 페이즈의 반복성을 이용하면 프레임을 전송하는 통신량을 감소시키는 것을 특징으로 하는 폴리페이즈 방식을 이용한 영상 압축 방법.
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