KR101172430B1 - 비트율 제어 방법 및 그 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인트라 픽처만을 이용한 부보화에 있어서 비트율을 제어하기 위한 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 현재 프레임내의 복수개의 메크로 블록들을 포함하는 블록 그룹들 중 적어도 하나의 블록 그룹과, 적어도 하나의 블록 그룹에 대응하는 이전 프레임내의 블록 그룹간의 유사도를 계산하고, 유사도가 소정의 임계치보다 큰 경우에는, 이전 프레임의 영상 특성을 이용하여 현재 메크로 블록이 속하는 현재 블록 그룹의 목표 비트량을 결정하여 현재 블록 그룹의 목표 비트량에 기초하여 현재 메크로 블록이 속하는 블록 그룹인 현재 블록 그룹의 목표 비트량을 결정하고, 결정된 현재 메크로 블록의 목표 비트량 및 이전 메크로 블록까지 발생된 비트량을 고려하여 현재 메크로 블록의 양자화 계수를 계산함으로써, 고화질 고해상도의 동영상을 버퍼의 오버플로우나 언더플로우가 발생하지 아니하며 실시간으로 전송할 수 있다.
비트열 제어, 인트라 부호화, 실시간

Description

비트율 제어 방법 및 그 장치{Method and apparatus for bit rate control}
본 발명은 비트율 제어에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 인트라 픽처만을 이용한 부호화에 있어서의 비트율 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.
H.264 High 4:4:4 프로파일에서는 High 4:4:4 intra-only 프로파일을 별도로 정의하여 동영상 시퀀스 내의 모든 픽처를 인트라 픽처로 부호화하는 방법을 제정하고 있다. 인트라 픽처만을 이용한 코딩(intra-only coding)은 특히, HD(High Definition) 급 이상의 고 해상도, 고화질의 영상이 요구되는 의학, 영상 편집 시스템, 전문가용 캠코더 등의 응용 분야에 적용될 수 있다. 또한, 적은 지연(low delay) 및 적은 대기 시간(low latency)이 요구되는 실시간 동영상 전송 시스템도 인트라 픽처만을 이용한 코딩의 응용 분야 중 하나이다.
실시간 동영상 전송 시스템에서 비트율 제어를 위해서는 제약 조건들이 많다. 실시간 동영상 전송 시스템에서는 입력 영상을 지연 시간 없이, 혹은 지연 시간이 적도록 실시간으로 인코딩을 수행하여야 한다. 따라서, 최소한 1 프레임의 지연이 필요한 인터 코딩(inter-coding)을 적용하기가 어렵기 때문에 일반적으로 인트라 코딩을 수행하게 된다.
이 경우, 고정 비트율을 갖는 비트열을 생성한다. 그러나 동영상의 양자화 파라미터(Quantization Parameter :QP)를 조정하여 평균 비트율을 고정된 목표 비트율에 맞출 수 있지만 순간적으로 발생하는 순간 비트율은 가변적이기 때문에 짧은 구간동안은 비트율을 일정하게 하기 어렵다. 따라서, 비트열을 임시 저장하는 버퍼를 두고 발생 비트열의 전송에 약간의 지연을 두어 비트율을 조정하게 된다.
예를 들어, 현재 시점에서 적은 비트가 발생할 경우에는 이전에 발생한 비트열을 전송하게 되며, 반대로 많은 비트가 발생할 경우에는 일부를 버퍼에 저장한다. 이와 같이 종래에는 버퍼를 이용함으로써 목표 고정 비트율에 맞추어 비트열이 전송되도록 조절하였다.
그러나, 이와 같이 버퍼를 이용하여 비트열을 목표 고정 비트율에 맞추는 방법은, 언더플로우(underflow) 혹은 오버플로우(overflow)가 발생할 가능성이 크다. 일 예로, 일정 시간동안 기준치보다 적은 비트열이 발생하여 버퍼에 남아있는 여분의 비트열이 모두 전송된다면 언더플로우가 발생하며, 반대로 일정 시간동안 기준치보다 많은 비트열이 발생할 경우에는 추가로 발생한 비트열을 모두 전송하지 못하여 버퍼가 넘치는 오버플로우가 발생하게 된다. 언더플로우나 오버플로우를 방지하기 위하여 버퍼의 크기를 크게 할 수도 있으나, 버퍼 크기만큼 비트열의 전송이 지연되므로 실시간 동영상 전송 시스템에서는 부적합하다.
종래의 비트율 제어 방법은 오버플로우가 발생하면 양자화 계수를 증가시키거나 메크로 블록 또는 프레임 단위의 스킵을 통해 비트율을 조절하고, 언더플로우가 발생하면 양자화 계수를 감소시키거나 버퍼 제어부에서 널 패킷등을 삽입함으로 써 비트율을 조절한다. 따라서, 오버플로우가 발생하면 영상 품질이 저하될 수 있으며, 언더플로우가 발생하면 채널의 용량이 낭비된다. 특히, 인트라 픽처만을 이용한 코딩에서는 언더 플로우보다 오버플로우의 경우가 심각한 문제를 초래할 수 있다. 인트라 픽처만을 이용한 코딩에서는 메크로 블록을 스킵하면 급격한 화질의 저하가 초래되므로 불가능하고, 오직 양자화 계수만을 조절함으로써 오버플로우를 해결하여야 한다. 그러나 오버플로우를 방지하기 위해서는 양자화 계수를 급격히 변경해야 하기 때문에 이 경우에도 화질 저하 문제를 완벽히 해결하지 못한다.
이와 같은 문제점은 입력 영상의 특성을 파악하여 메크로 블록마다 발생 비트량을 미리 예측할 수 있다면 오버플로우나 언더플로우를 방지하면서 화질 저하 문제도 해결할 수 있으나, 실시간 인코더에서 입력 영상의 특성을 파악하기 위해서는 입력 영상의 지연이 불가피하다는 문제점이 있었다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 인트라 픽처만을 이용하여 입력 영상을 지연 없이 실시간으로 부호화함에 있어서, 버퍼의 언더플로우나 오버플로우를 방지하여 고정 비트율을 갖는 비트열을 생성하는 비트율 제어 방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 특징은, 부호화 하고자 하는 현재 메크로 블록의 비트율을 제어하는 방법에 있어서, 현재 프레임내의 복수개의 메크로 블록들을 포함하는 블록 그룹들 중 적어도 하나의 블록 그룹과, 상기 적어도 하나의 블록 그룹에 대응하는 이전 프레임내의 블록 그룹간의 유사도를 계산하는 단계; 상기 유사도가 소정의 임계치보다 큰 경우에는, 상기 이전 프레임의 영상 특성을 이용하여 상기 현재 메크로 블록이 속하는 현재 블록 그룹의 목표 비트량을 결정하는 단계; 상기 현재 블록 그룹의 목표 비트량에 기초하여 상기 현재 메크로 블록의 목표 비트량을 결정하는 단계; 및 상기 결정된 현재 메크로 블록의 목표 비트량 및 이전 메크로 블록까지 발생된 비트량을 고려하여 상기 현재 메크로 블록의 양자화 계수를 계산하는 단계를 포함한다.
상기 이전 프레임의 영상 특성은, 상기 이전 프레임의 복잡도이며, 상기 현재 블록 그룹의 목표 비트량을 결정하는 단계는, 상기 이전 프레임의 복잡도를 상기 현재 블록 그룹 또는 이전 블록 그룹의 복잡도와 비교하여 상기 현재 블록 그룹 의 목표 비트량을 결정할 수 있다.
상기 현재 블록 그룹의 목표 비트량을 결정하는 단계는, 상기 이전 프레임의 복잡도 및 상기 현재 블록 그룹의 복잡도 간의 비율을 계산하고, 상기 비율에 따라 상기 현재 블록 그룹의 목표 비트량을 결정할 수 있다.
상기 이전 프레임의 평균 양자화 계수로부터 소정의 임계치 이내에 있는 값들 중 상기 계산된 현재 메크로 블록의 양자화 계수와 가장 가까운 값으로 상기 현재 메크로 블록의 양자화 계수를 보정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 유사도를 계산하는 단계는, 상기 현재 블록 그룹 이전의 적어도 하나의 블록 그룹에 속하는 복수개의 메크로 블록들의 복잡도를 합한 제 1합을 계산하는 단계; 상기 적어도 하나의 블록 그룹에 대응하는 상기 이전 프레임내의 적어도 하나의 블록 그룹에 속하는 복수개의 메크로 블록들의 복잡도를 합한 제 2합을 계산하는 단계; 및 상기 제 1 합과 상기 제 2합 간의 차이를 계산할 수 있다.
상기 메크로 블록들의 복잡도는, 상기 메크로 블록들의 그레디언트(gradient) 값 일 수 있다.
상기 블록 그룹에 포함된 복수개의 메크로 블록들은, 동일한 프레임 내에서 동일한 가로 열에 해당하는 메크로 블록들 일 수 있다.
상기 현재 메크로 블록의 목표 비트량을 결정하는 단계는, 상기 현재 블록 그룹에 포함된 복수개의 메크로 블록들의 복잡도에 기초하여, 상기 결정된 현재 블록 그룹의 목표 비트량 중 일부를 상기 현재 메크로 블록의 목표 비트량으로 결정할 수 있다.
상기 현재 블록 그룹의 양자화 계수를 계산하는 단계는, 생성된 비트열을 임시로 저장하는 버퍼의 충만도를 더 고려하여 상기 현재 메크로 블록의 양자화 계수를 계산할 수 있다.
본 발명의 다른 특징은, 부호화 하고자 하는 현재 메크로 블록의 비트율을 제어하는 장치에 있어서, 현재 프레임내의 복수개의 메크로 블록들을 포함하는 블록 그룹들 중 적어도 하나의 블록 그룹과, 상기 적어도 하나의 블록 그룹에 대응하는 이전 프레임내의 블록 그룹간의 유사도를 계산하는 유사도 계산부; 상기 유사도가 소정의 임계치보다 큰 경우에는, 상기 이전 프레임의 복잡도를 상기 현재 메크로 블록이 속하는 현재 블록 그룹 또는 이전 블록 그룹의 복잡도와 비교하여 상기 현재 블록 그룹의 목표 비트량을 결정하는 그룹 단위 목표 비트량 결정부; 및 상기 현재 그룹의 목표 비트량에 기초하여 상기 현재 메크로 블록의 목표 비트량을 결정하는 블록 단위 목표 비트량 결정부; 및 상기 결정된 현재 메크로 블록의 목표 비트량 및 이전 메크로 블록까지 발생된 비트량을 고려하여 상기 현재 메크로 블록의 양자화 계수를 계산하는 양자화 계수 계산부를 포함한다.
실시간 전송 시스템에 있어서, 현재 프레임의 영상 특성을 예측하여 비트율을 제어하고, 비트열 저장 버퍼의 오버플로어 및 언더플로어의 발생을 방지함으로써 고화질 고해상도의 동영상을 실시간으로 전송하는 효과가 있다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 비트율 제어 장치(100)의 일 실시예에 관한 블록도를 도시한다.
본 발명에 따른 비트율 제어 장치(100)는 유사도 계산부(110), 그룹 단위 목표 비트량 결정부(120), 블록 단위 목표 비트량 결정부(130) 및 양자화 계수 계산부(140)를 포함한다.
유사도 계산부(110)는 현재 프레임내의 복수개의 메크로 블록들을 포함하는 블록 그룹들 중 적어도 하나의 블록 그룹과, 상기 적어도 하나의 블록 그룹에 대응하는 이전 프레임내의 블록 그룹간의 유사도를 계산한다. 본 실시예에서, 블록 그룹에 포함된 메크로 블록들은 동일한 프레임 내에서 동일한 행에 속한 메크로 블록들 일 수도 있으며, 실시예에 따라서는 동일한 슬라이스에 해당하는 메크로 블록들 일 수 있다. 유사도 계산부(110)에 관한 자세한 설명은 도 3에서 후술한다.
그룹 단위 목표 비트량 결정부(120)는 유사도 계산부(110)에서 계산된 유사도가 소정의 임계치보다 큰 경우에, 이전 프레임의 영상 특성을 이용하여 현재 메크로 블록이 속하는 현재 블록 그룹의 목표 비트량을 결정한다. 본 명세서에서 현재 메크로 블록은 부호화 하고자 하는 메크로 블록을 의미하며, 현재 블록 그룹은 현재 메크로 블록이 속하는 블록 그룹을 의미한다.
이전 프레임의 영상 특성은 이전 프레임의 복잡도 일 수 있으며, 유사도가 소정의 임계치보다 큰 경우에는, 이전 프레임의 복잡도를 현재 블록 그룹 또는 현재 블록 그룹 이전의 블록 그룹의 복잡도와 비교하여 현재 블록 그룹의 목표 비트 량을 결정할 수 있다. 특히, 이전 프레임의 복잡도 및 현재 블록 그룹의 복잡도 간의 비율을 계산하고, 비율에 따라 현재 블록 그룹의 목표 비트량을 결정할 수 있다.
인트라 픽처만을 이용한 부호화에 있어서, 입력 영상에 대하여 지연 없이 실시간으로 인코딩을 수행하는 경우에는 현재 프레임의 복잡도를 미리 계산할 수 없으나, 유사도 계산부(110)에서 계산된 유사도가 소정의 임계치보다 큰 경우에는 현재 프레임과 이전 프레임의 영상 특성이 유사하다고 판단할 수 있다. 따라서, 이전 프레임의 복잡도를 이용하여 현재 블록 그룹의 목표 비트량을 할당할 수 있게 된다. 본 명세서에서 프레임의 복잡도는 프레임에 속한 메크로 블록들의 복잡도의 총합을 의미하며, 블록 그룹의 복잡도는 블록 그룹에 속한 메크로 블록들의 복잡도의 총합을 의미한다.
일 예로, 유사도 계산부(110)에서 계산된 유사도가 소정의 임계치보다 큰 경우로써, 이전 프레임의 복잡도가 100이며 현재 블록 그룹의 복잡도가 10인 경우를 가정한다. 유사도가 소정의 임계치보다 크기 때문에 현재 프레임의 영상 특성은 이전 프레임의 영상 특성과 유사하다고 판단할 수 있다. 결국, 현재 프레임의 복잡도는 이전 프레임의 복잡도인 100과 유사할 것이고, 따라서 현재 블록 그룹에는 현재 프레임에 할당된 목표 비트량 중 10/100이 할당할 수 있다. 만일 현재 프레임의 목표 비트량이 100비트 인 경우에는 현재 블록 그룹에 10비트를 할당할 수 있다.
부호화를 수행할 블록 그룹이 메모리에 미리 탑재되는 시스템에서는 부호화를 수행하기 전에 현재 블록 그룹에 관한 영상 정보를 미리 알 수 있다. 그러나 현 재 블록 그룹에 관한 영상 정보를 미리 알 수 없는 경우에는 현재 블록 그룹 바로 이전의 블록 그룹의 복잡도를 이용하여, 현재 블록 그룹의 목표 비트량을 결정할 수 있다. 일반적으로 영상 특성은 연속성을 가지므로 이전 블록 그룹과 현재 블록 그룹간의 영상 특성이 유사할 것으로 기대되기 때문이다.
유사도 계산부(110)에서 계산된 유사도가 소정의 임계치보다 작은 경우에는 현재 프레임과 이전 프레임의 영상 특성이 유사하지 않다고 판단할 수 있다. 즉, 현재 블록 그룹의 목표 비트량을 할당함에 있어서 이전 프레임의 영상 특성을 이용할 수 없다. 이 경우, 블록 그룹의 평균 목표 비트량을 현재 블록 그룹의 목표 비트량으로 결정할 수 있다. 만일 현재 프레임의 목표 비트량이 100비트이고, 현재 프레임이 5개의 블록 그룹으로 이루어진 경우라면 현재 블록 그룹의 목표 비트량은 100/5, 즉 20비트 일 수 있다.
블록 단위 목표 비트량 할당부(130)는 현재 블록 그룹의 목표 비트량에 기초하여 현재 메크로 블록의 목표 비트량을 결정한다.
부호화를 수행할 블록 그룹이 메모리에 미리 탑재되는 시스템과 같이 현재 블록 그룹에 관한 영상 정보를 미리 알 수 있는 경우에는, 현재 블록 그룹에 포함된 복수개의 메크로 블록들의 복잡도에 기초하여, 결정된 현재 블록 그룹의 목표 비트량 중 일부를 상기 현재 메크로 블록의 목표 비트량으로 결정한다. 즉, 현재 메크로 블록의 복잡도가 크면 목표 비트량을 많이 할당하고, 현재 메크로 블록의 복잡도가 작으면 목표 비트량을 적게 할당할 수 있다. 메크로 블록의 복잡도는 도 3에서 후술할 메크로 블록의 그레디언트(gradient) 값으로 정의될 수도 있으나, 이 에 한정되는 것은 아니다.
그러나 현재 블록 그룹에 관한 영상 정보를 알 수 없는 경우에는 현재 블록 그룹의 목표 비트량을 현재 블록 그룹에 속한 메크로 블록들에 균등하게 할당함으로써, 현재 메크로 블록의 목표 비트량을 결정할 수 있다. 이 경우, 현재 메크로 블록은 복잡도에 상관없이 동일한 블록 그룹에 속한 다른 메크로 블록들과 같은 목표 비트량을 할당받는다.
양자화 계수 계산부(140)는 결정된 현재 메크로 블록의 목표 비트량 및 이전 메크로 블록까지 발생된 비트량을 고려하여 현재 메크로 블록의 양자화 계수를 계산한다.
본 발명에 따른 비트율 제어 장치(100)는 생성된 비트열을 임시로 저장하는 버퍼(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이 경우 양자화 계수 계산부(140)는 현재 메크로 블록의 목표 비트량, 이전 메크로 블록까지 발생한 비트량 및 버퍼의 충만도를 고려하여 현재 메크로 블록의 양자화 계수를 계산할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 비트율 제어 장치(200)의 다른 실시예에 관한 블록도를 도시한다.
본 발명에 따른 비트율 제어 장치(200)는 유사도 계산부(210), 그룹 단위 목표 비트량 결정부(220), 블록 단위 목표 비트량 결정부(230), 양자화 계수 계산부(240) 및 양자화 계수 보정부(250)를 포함한다.
유사도 계산부(210), 그룹 단위 목표 비트량 결정부(220), 블록 단위 목표 비트량 결정부(230), 양자화 계수 계산부(240)은 각각 도 1과 동일한 동작을 수행 하므로 이하 설명을 생략한다.
양자화 계수 보정부(250)는 이전 프레임의 평균 양자화 계수로부터 소정의 임계치 이내에 있는 값들 중 양자화 계수 계산부(240)에서 계산된 현재 메크로 블록의 양자화 계수와 가장 가까운 값으로 현재 메크로 블록의 양자화 계수를 보정한다.
일 예로, 이전 프레임내의 메크로 블록들의 평균 양자화 계수는 10이고 양자화 계수 보정부(250)는 3의 범위 내에서 양자화 계수를 보정한다고 가정한다. 즉, 양자화 계수를 7~13사이로 조정한다. 양자화 계수 계산부(240)에서 계산된 현재 메크로 블록의 양자화 계수가 12인 경우에는 양자화 계수를 보정하지 않는다. 반면 양자화 계수 계산부(240)에서 계산된 현재 메크로 블록의 양자화 계수가 15인 경우에는 7~13중 가장 가까운 값인 13으로 현재 메크로 블록의 양자화 계수를 보정한다.
도 3은 도 1의 유사도 계산부(110)의 일 실시예에 관한 구체적인 구성을 도시한다.
본 발명의 유사도 계산부(110)의 일 실시예에 관한 구성은 제 1 가산부(112), 제 2 가산부(114) 및 감산부(116)를 포함한다.
제 1 가산부(112)는 현재 블록 그룹 이전의 적어도 하나의 블록 그룹내에 속하는 복수개의 메크로 블록들의 복잡도를 합한 제 1합을 계산한다. 즉, 현재 블록 그룹 이전에 있는 모든 메크로 블록들의 복잡도를 더한다. 메크로 블록들의 복잡도는 해당 메크로 블록이 얼마나 복잡한 영상에 관한 것인지를 의미하며, 다양한 방 법으로 얻을 수 있다. 일 예로 메크로 블록의 그레디언트(gradient) 값을 통하여 복잡도를 구할 수 있다.
메크로 블록의 그레디언트를 얻는 방법은 다양하다. 간단한 일 예는 다음의 [수학식 1]이다.
Figure 112007059666014-pat00001
[수학식 1]에서Grad(m,n)은 (m,n)번째 메크로 블록의 그레디언트를 의미한다. 즉, 가로열의 m번째에 있으며, 동시에 세로열의 n번째에 있는 메크로 블록의 그레이언트를 의미한다.
하나의 메크로 블록은 16*16의 크기를 가진다고 가정한다. 따라서 하나의 메크로 블록에 포함된 픽셀의 개수는 16*16개가 된다. 현재 메크로 블록에 포함된 픽셀 중 최초의 픽셀을 p'(0,0)이라고 정의하고, 마지막 픽셀을 p'(15,15)으로 정의한다.
우선, 메크로 블록에 포함된 픽셀들의 그레디언트를 계산한다. 본 실시예에서 픽셀의 그레디언트는 인접한 픽셀들과의 차이를 이용하여 계산한다.
p'(i,j) 픽셀과, 왼편에 위치한 p'(i-1,j)픽셀 간의 픽셀값의 차이를 계산하고, 이들의 제 1 절대 값을 구한다. 동일한 방법으로 p'(i,j) 픽셀과, 위편에 위치 한 p'(i,j-1)픽셀 간의 픽셀 값의 차이를 계산하고 이들의 제 2 절대 값을 구한다. 그 후, 제 1 절대 값과 제 2 절대 값의 합을 p'(i,j) 픽셀의 그레디언트로 정의한다. 따라서, 현재 픽셀과, 현재 픽셀에 인접한 다른 픽셀간의 차이가 크다면 그레디언트가 크고, 차이가 작으면 그레디언트가 작아질 것이다.
이와 같은 방법을 메크로 블록에 포함된 모든 픽셀들에 대하여 수행한 후, 이들 픽셀들의 그레디언트 값을 모두 더한 값을 메크로 블록의 그레디언트로 정의한다. 따라서 메크로 블록의 그레디언트가 크면, 픽셀 값의 변화가 크기 때문에 영상이 복잡하고,인코딩시 요구되는 비트량이 많아지게 된다.
상기와 같은 방법으로 메크로 블록의 그레디언트를 구할 수 있으나, 이는 일 실시예에 불과하다. 따라서, 본 발명에서 설명하는 메크로 블록의 복잡도가 여기에 한정되는 것은 아니며, 동일한 화질로 메크로 블록을 인코딩하기 위하여 필요한 비트수를 의미하는 값이면 충분한다.
제 2 가산부(114)는 현재 프레임내의 적어도 하나의 블록 그룹에 대응하는, 이전 프레임내의 적어도 하나의 블록 그룹에 속하는 복수개의 메크로 블록들의 복잡도를 합한 제 2합을 계산한다. 즉, 제 1합을 구하는데 사용된 현재 프레임내의 복수개의 메크로 블록들과 대응하는 위치에 있는, 이전 프레임내의 메크로 블록들의 복잡도의 합을 구한다.
감산부(116)는 제 1 합과 제 2합 간의 차이를 이용하여 유사도를 계산한다. 제 1 합과 제 2 합 간의 차이가 크면 현재 프레임의 영상 특성과 이전 프레임의 영상 특성은 상이하므로 유사도는 낮게 나타나며, 제 1 합과 제 2 합 간의 차이가 작 으면 현재 프레임의 영상 특성과 이전 프레임의 영상 특성이 유사하므로 유사도가 높게 나타날 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 비트율 제어에 관한 일 실시예를 도시한다.
도 4a는 제 1 프레임(410)내의 메크로 블록들에 목표 비트량을 할당하는 일 실시예이다.
도 4a에 도시된 제 1 프레임(410)은 부호화할 첫 번째 프레임으로써 복수개의 블록 그룹들(411~419)로 구분된다. 각각의 블록 그룹들(411~419)은 복수개의 메크로 블록을 포함한다. 일 예로, 다섯 번째 블록 그룹(415)에는 N개의 메크로 블록들(415-1~415-N)이 포함된다.
제 1 프레임(410)은 부호화할 첫 번째 프레임이므로, 이전 프레임을 이용하여 현재 프레임의 영상 특성을 예측할 수 없다. 따라서, 각각의 메크로 블록들(411~419)에는 동일한 목표 비트량이 할당된다.
도 4b는 제 2 프레임(420)내의 메크로 블록들에 목표 비트량을 할당하는 일 실시예이다.
제 2 프레임(420)은 부호화 할 두 번째 프레임이다. 이 경우, 제 1 프레임(410)을 이용하여 제 2 프레임(420)의 영상 특성을 예측하고, 예측 결과에 따라 메크로 블록들에 목표 비트량을 할당한다.
일 예로, 제 2 프레임(420)내의 다섯 번째 블록 그룹(425)에 대하여 목표 비트량을 할당하기 위하여, 제 2 프레임(420)과 제 1 프레임(410)간의 영상 특성이 유사한지를 판단한다. 제 1 프레임(410)과 제 2 프레임(420)간의 영상 특성이 유사 한지를 판단하는 방법은 다양하나, 본 실시예서는 복잡도를 이용하여 판단한다. 제 2 프레임(420)내의 네 번째 블록 그룹(424)까지는 부호화를 수행하여, 첫 번째 블록 그룹(421) ～ 네 번재 블록 그룹(424)까지의 복잡도는 알 수 있다고 가정한다. 따라서, 제 2 프레임(420)내의 첫 번째 블록 그룹(421) ～ 네 번재 블록 그룹(424)까지와, 제 1 프레임(410)내의 첫 번째 블록 그룹(411) ～ 네 번째 블록 그룹(414)까지의 복잡도를 비교함으로써 유사도를 계산한다. 만일, 다섯 번째 블록 그룹(425)이 메모리에 탑재된 후 부호화를 수행하는 경우와 같이 다섯 번째 블록 그룹(425)의 영상 특성을 알 수 있는 경우에는 다섯 번째 블록 그룹(425)까지로 비교 범위를 확대할 수 있다. 유사도를 계산하는 방법은 도 3에서 상술한 바이다.
제 2 프레임(420)내의 첫 번째 블록 그룹(421) ～ 네 번재 블록 그룹(424)까지와, 제 1 프레임(410)내의 첫 번째 블록 그룹(411) ～ 네 번재 블록 그룹(414)까지의 영상 특성이 비슷하여 유사도가 소정의 임계치 보다 큰 경우에는 다섯 번째 블록 그룹(425)에 목표 비트량을 할당함에 있어서 이전 프레임을 참고한다. 일 예로 제 1 프레임(410)의 복잡도가 '100'이고, 제 2 프레임(420)내의 다섯 번째 블록 그룹(425)의 복잡도가 '10'인 경우에는 제 2 프레임(420)에 할당된 목표 비트량 중
Figure 112007059666014-pat00002
에 해당하는 비트량을 다섯 번째 블록 그룹(425)의 목표 비트량으로 할당한다.
다섯 번째 블록 그룹(425)의 목표 비트량이 결정되면, 다섯 번째 블록 그룹(425)에 속한 복수개의 메크로 블록들(425-1～425-N)에 목표 비트량을 할당한다. 만일 다섯 번째 블록 그룹(425)에 속하는 메크로 블록들(425-1~425-N)에 대한 복잡 도를 알고 있는 경우라면 복잡도에 비례하여 차등적으로 각각의 메크로 블록들(425-1～425-N)에 목표 비트량을 할당할 수 있다. 그러나, 다섯 번째 블록 그룹(425)에 속하는 메크로 블록들(425-1～425-N)에 대한 복잡도를 모르고 있는 경우라면 각각의 메크로 블록들(425-1～425-N)에 균등하게 목표 비트량을 할당할 수 있다.
각각의 메크로 블록들(425-1～425-N)의 목표 비트량 및 버퍼의 사용량 등을 고려하여 양자화 계수가 계산되며, 계산된 양자화 계수는 제 1 프레임(410)내의 메크로 블록들의 평균 양자화 계수와 비교하여 보정될 수도 있다. 양자화 계수의 보정은 도 2에서 상술한 바이며, 동일한 방법으로 제 2 프레임(420)내의 모든 메크로 블록에 대하여 양자화 계수를 계산한다.
도 4c는 제 3 프레임(430)내의 메크로 블록들에 목표 비트량을 할당하는 일 실시 예이다.
제 3 프레임(430)은 부호화 할 세 번째 프레임이다. 이 경우, 제 2 프레임(420)을 이용하여 제 3 프레임(430)의 영상 특성을 예측하고, 예측 결과에 따라 메크로 블록들에 목표 비트량을 할당한다.
일 예로, 제 3 프레임(430)내의 다섯 번째 블록 그룹(435)에 대하여 목표 비트량을 할당하기 위하여, 제 3 프레임(430)이 제 2 프레임(420)의 영상 특성과 유사한지를 판단한다. 제 3 프레임(430)내의 첫 번째 블록 그룹(431) ～ 네 번째 블록 그룹(434)까지와, 제 2 프레임(420)내의 첫 번째 블록 그룹(421) ～ 네 번째 블록 그룹(424)까지의 영상 특성이 상이하여 유사도가 소정의 임계치 보다 작은 경우 에는 제 2 프레임(420) 및 제 3 프레임(430)간의 유사성이 깨졌으므로 더 이상 제 2 프레임(420)을 참고하지 않는다.
이 경우 제 3 프레임(430)의 목표 비트량과 네 번째 블록 그룹(434)까지 사용한 비트량을 고려하여 다섯 번째 블록 그룹(435) 이후부터는 균등하게 목표 비트량을 할당할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 비트율 제어 방법의 일 실시예에 관한 흐름도를 도시한다.
단계 510에서는, 현재 프레임내의 복수개의 메크로 블록들을 포함하는 블록 그룹들 중 적어도 하나의 블록 그룹과, 적어도 하나의 블록 그룹에 대응하는 이전 프레임내의 블록 그룹간의 유사도를 계산한다.
단계 520에서는, 유사도가 소정의 임계치보다 큰 경우에는, 상기 이전 프레임의 영상 특성을 이용하여 현재 메크로 블록이 속하는 현재 블록 그룹의 목표 비트량을 결정한다. 이전 프레임의 영상 특성은, 이전 프레임의 복잡도를 의미하여, 이 경우 이전 프레임의 복잡도를 현재 블록 그룹 또는 이전 블록 그룹의 복잡도와 비교하여 현재 블록 그룹의 목표 비트량을 결정할 수 있다.
단계 530에서는, 현재 그룹의 목표 비트량에 기초하여 상기 현재 메크로 블록의 목표 비트량을 결정한다.
단계 540에서는, 결정된 현재 메크로 블록의 목표 비트량 및 이전 메크로 블록까지 발생된 비트량을 고려하여 상기 현재 메크로 블록의 양자화 계수를 계산한다.
도 6은 본 발명에 따른 비트율 제어 방법의 다른 실시예에 관한 흐름도를 도시한다.
단계 610에서는 현재 프레임과 이전 프레임 간의 유사도를 계산한다.
단계 622에서는, 단계 610에서 계산된 유사도가 소정의 임계치 이상인지 여부를 판단한다.
계산된 유사도가 소정의 임계치 이상인 경우에는 단계 624에 따라, 이전 프레임의 영상 특성을 이용하여 현재 블록 그룹의 목표 비트량을 결정한다. 일 예로, 이전 프레임의 복잡도를 현재 메크로 블록이 속하는 현재 블록 그룹 또는 이전 블록 그룹의 복잡도와 비교하여 현재 블록 그룹의 목표 비트량을 결정할 수 있다.
계산된 유사도가 소정의 임계치 이하인 경우에는 단계 626에 따라, 이전 프레임의 영상 특성을 이용하지 않고, 현재 블록 그룹 이후의 모든 블록 그룹에 대하여 균등하게 목표 비트량을 할당한다.
단계 630에서는, 단계 624 또는 단계 626에서 결정된 현재 블록 그룹의 목표 비트량에 기초하여 현재 메크로 블록의 목표 비트량을 결정한다.
단계 642에서는, 생성된 비트열을 임시로 저장하는 버퍼의 충만도를 확인한다.
단계 644에서는 단계 630에서 결정된 현재 메크로 블록의 목표 비트량 , 이전 메크로 블록까지 발생된 비트량 및 단계 642에서 확인한 버퍼의 충만도를 고려하여 현재 메크로 블록의 양자화 계수를 계산한다.
단계 650에서는 이전 프레임의 평균 양자화 계수로부터 소정의 임계치 이내 에 있는 값들 중 단계 644에서 계산된 현재 메크로 블록의 양자화 계수와 가장 가까운 값으로 현재 메크로 블록의 양자화 계수를 보정한다. 단계 650은 수행하지 아니하여도 무방하며, 단계 650을 수행하지 않는 경우에는 단계 644에서 계산된 양자화 계수를 현재 메크로 블록의 양자화 계수로 최종 결정한다.
도 6에서 단계 610 및 단계 630은 도 5의 단계 510 및 단계 530에 각각 대응하고, 단계 622 내지 단계 626은 도 5의 단계 520에 대응한다.
또한, 도 6에서 단계 642 내지 단계 644는 도 5의 단계 540에 대응한다.
한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다.
상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등) 및 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)와 같은 저장매체를 포함한다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으 로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 비트율 제어 장치(100)의 일 실시예에 관한 블록도를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 비트율 제어 장치(200)의 다른 실시예에 관한 블록도를 도시한다.
도 3은 도 1의 유사도 계산부(110)의 일 실시예에 관한 구체적인 구성을 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 비트율 제어에 관한 일 실시예를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 비트율 제어 방법의 일 실시예에 관한 흐름도를 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 비트율 제어 방법의 다른 실시예에 관한 흐름도를 도시한다.

Claims (19)

  1. 영상의 비트율을 제어하는 방법에 있어서,
    부호화되는 현재 프레임내의 복수개의 메크로 블록들을 포함하는 블록 그룹들 중 적어도 하나의 블록 그룹과, 상기 적어도 하나의 블록 그룹에 대응하는 이전 프레임내의 블록 그룹 사이의 유사도를 계산하는 단계;
    상기 유사도가 소정의 임계치보다 큰 경우에는, 상기 이전 프레임의 영상 특성을 이용하여 현재 메크로 블록이 속하는 현재 블록 그룹의 목표 비트량을 결정하는 단계;
    상기 현재 블록 그룹의 목표 비트량에 기초하여 상기 현재 메크로 블록의 목표 비트량을 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 현재 메크로 블록의 목표 비트량 및 이전 메크로 블록까지 발생된 비트량을 고려하여 상기 현재 메크로 블록의 양자화 계수를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비트율 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이전 프레임의 영상 특성은, 상기 이전 프레임의 복잡도이며,
    상기 현재 블록 그룹의 목표 비트량을 결정하는 단계는,
    상기 이전 프레임의 복잡도를 상기 현재 블록 그룹 또는 이전 블록 그룹의 복잡도와 비교하여 상기 현재 블록 그룹의 목표 비트량을 결정하는 것을 특징으로 하는 비트율 제어 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 현재 블록 그룹의 목표 비트량을 결정하는 단계는,
    상기 이전 프레임의 복잡도를 상기 현재 블록 그룹과 비교하는 경우에 상기 이전 프레임의 복잡도 및 상기 현재 블록 그룹의 복잡도 간의 비율을 계산하고, 상기 비율에 따라 상기 현재 블록 그룹의 목표 비트량을 결정하는 것을 특징으로 하는 비트율 제어 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 방법은,
    상기 이전 프레임의 평균 양자화 계수로부터 소정의 임계치 이내에 있는 값들 중 상기 계산된 현재 메크로 블록의 양자화 계수와 가장 가까운 값으로 상기 현재 메크로 블록의 양자화 계수를 보정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비트율 제어 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 유사도를 계산하는 단계는,
    상기 현재 블록 그룹 이전의 적어도 하나의 블록 그룹에 속하는 복수개의 메크로 블록들의 복잡도를 합한 제 1합을 계산하는 단계;
    상기 적어도 하나의 블록 그룹에 대응하는 상기 이전 프레임내의 적어도 하나의 블록 그룹에 속하는 복수개의 메크로 블록들의 복잡도를 합한 제 2합을 계산하는 단계; 및
    상기 제 1 합과 상기 제 2합 간의 차이를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특 징으로 하는 비트율 제어 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 메크로 블록들의 복잡도는,
    상기 메크로 블록들의 그레디언트(gradient) 값 인 것을 특징으로 하는 비트율 제어 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 블록 그룹에 포함된 복수개의 메크로 블록들은,
    동일한 프레임 내에서 동일한 가로 열에 해당하는 메크로 블록들 인 것을 특징으로 하는 비트율 제어 방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 현재 메크로 블록의 목표 비트량을 결정하는 단계는,
    상기 현재 블록 그룹에 포함된 복수개의 메크로 블록들의 복잡도에 기초하여, 상기 현재 메크로 블록의 목표 비트량을 결정하는 것을 특징으로 하는 비트율 제어 방법.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 현재 블록 그룹의 양자화 계수를 계산하는 단계는,
    생성된 비트열을 임시로 저장하는 버퍼의 충만도를 더 고려하여 상기 현재 메크로 블록의 양자화 계수를 계산하는 것을 특징으로 하는 비트율 제어 방법.
  10. 영상의 비트율을 제어하는 장치에 있어서,
    부호화되는 현재 프레임내의 복수개의 메크로 블록들을 포함하는 블록 그룹들 중 적어도 하나의 블록 그룹과, 상기 적어도 하나의 블록 그룹에 대응하는 이전 프레임내의 블록 그룹 사이의 유사도를 계산하는 유사도 계산부;
    상기 유사도가 소정의 임계치보다 큰 경우에는, 상기 이전 프레임의 영상 특성을 이용하여 현재 메크로 블록이 속하는 현재 블록 그룹의 목표 비트량을 결정하는 그룹 단위 목표 비트량 결정부;
    상기 현재 그룹의 목표 비트량에 기초하여 상기 현재 메크로 블록의 목표 비트량을 결정하는 블록 단위 목표 비트량 결정부; 및
    상기 결정된 현재 메크로 블록의 목표 비트량 및 이전 메크로 블록까지 발생된 비트량을 고려하여 상기 현재 메크로 블록의 양자화 계수를 계산하는 양자화 계수 계산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비트율 제어 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 이전 프레임의 영상 특성은, 상기 이전 프레임의 복잡도이며,
    상기 그룹 단위 목표 비트량 결정부는,
    상기 이전 프레임의 복잡도를 상기 현재 블록 그룹 또는 이전 블록 그룹의 복잡도와 비교하여 상기 현재 블록 그룹의 목표 비트량을 결정하는 것을 특징으로 하는 비트율 제어 장치.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 그룹 단위 목표 비트량 결정부는,
    상기 이전 프레임의 복잡도를 상기 현재 블록 그룹과 비교하는 경우에 상기 이전 프레임의 복잡도 및 상기 현재 블록 그룹의 복잡도 간의 비율을 계산하고, 상기 비율에 따라 상기 현재 블록 그룹의 목표 비트량을 결정하는 것을 특징으로 하는 비트율 제어 장치.
  13. 제 10항에 있어서, 상기 장치는,
    상기 이전 프레임의 평균 양자화 계수로부터 소정의 임계치 이내에 있는 값들 중 상기 계산된 현재 메크로 블록의 양자화 계수와 가장 가까운 값으로 상기 현재 메크로 블록의 양자화 계수를 보정하는 양자화 계수 보정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비트율 제어 장치.
  14. 제 10항에 있어서, 상기 유사도 계산부는,
    상기 현재 블록 그룹 이전의 적어도 하나의 블록 그룹에 속하는 복수개의 메크로 블록들의 복잡도를 합한 제 1합을 계산하는 제 1 가산부;
    상기 적어도 하나의 블록 그룹에 대응하는 상기 이전 프레임내의 적어도 하나의 블록 그룹에 속하는 복수개의 메크로 블록들의 복잡도를 합한 제 2합을 계산하는 제 2 가산부; 및
    상기 제 1 합과 상기 제 2합 간의 차이를 계산하는 감산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비트율 제어 장치.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 메크로 블록들의 복잡도는,
    상기 메크로 블록들의 그레디언트(gradient) 값 인 것을 특징으로 하는 비트율 제어 장치.
  16. 제 10 항에 있어서, 상기 블록 그룹에 포함된 복수개의 메크로 블록들은,
    동일한 프레임 내에서 동일한 가로 열에 해당하는 메크로 블록들 인 것을 특징으로 하는 비트율 제어 장치.
  17. 제 10항에 있어서, 상기 블록 단위 목표 비트량 결정부는,
    상기 현재 블록 그룹에 포함된 복수개의 메크로 블록들의 복잡도에 기초하여, 상기 현재 메크로 블록의 목표 비트량을 결정하는 것을 특징으로 하는 비트율 제어 장치.
  18. 제 10항에 있어서, 상기 장치는,
    생성된 비트열을 임시로 저장하는 버퍼를 더 포함하며,
    상기 양자화 계수 계산부는, 버퍼의 충만도를 더 고려하여 상기 현재 메크로 블록의 양자화 계수를 계산하는 것을 특징으로 하는 비트율 제어 장치.
  19. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항의 방법을 실행시키기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.
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