KR101319916B1 - 움직임 추정방법 및 장치, 및 이를 이용한 영상 부호화방법및 장치 - Google Patents

움직임 추정방법 및 장치, 및 이를 이용한 영상 부호화방법및 장치 Download PDF

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Abstract

움직임 추정방법 및 장치, 및 이를 이용한 영상 부호화방법 및 장치가 제공된다. 영상 내의 움직임을 추정하는 방법에 있어서, 상기 영상의 현재 프레임 내에서 매크로블록을 선정하는 단계; 움직임 발생여부를 결정할 픽셀위치를 선정하는 단계; 선정된 픽셀위치에 대하여 상기 영상의 현재 프레임의 픽셀값과 이전 프레임의 픽셀값을 비교하여 움직임을 검출하는 단계; 및 상기 움직임이 검출된 매크로블록만 움직임을 예측하고 보상하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면, 현재 프레임과 이전 프레임을 비교하여 움직임이 있는 매크로블록을 검출하고, 움직임이 있는 매크로블록에 대해서만 움직임을 예측하고 보상함으로써, 동일한 크기의 영상 데이터에 대한 움직임 검출시간을 단축시킬 수 있다.
움직임 추정, 움직임 감지, 움직임 예측 및 보상, 부호화

Description

움직임 추정방법 및 장치, 및 이를 이용한 영상 부호화방법 및 장치{Motion estimation method and apparatus, and image encoding method and apparatus using the same}
도 1은 본 발명에 따른 영상 부호화장치의 구성을 나타내는 블록도.
도 2는 도 1의 움직임 감지부의 구성을 상세히 나타내는 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 움직임 추정방법을 나타내는 흐름도.
도 4는 도 3의 픽셀위치 선정단계를 설명하기 위한 도.
도 5는 본 발명에 따른 영상 부호화방법을 나타내는 흐름도.
본 발명은 영상 부호화에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 영상 내의 움직임을 감지하여 움직임이 있는 매크로블록만 움직임을 추정 및 보상하는 움직임 추정장치에 관한 것이다.
일반적으로, 영상을 부호화하는 이유는 전송한 영상 데이터의 용량을 줄이기 위해서이다. 이러한 영상 데이터는 줄이는 즉 압축하는 방법의 대표적인 것이 국제 표준화 기구인 ISO/IEC MPEG 및 ITU-T VCEG의 Joint Video Team의 AVC/H.264 표준 화 기술이다("Text of ISO/IEC FDIS 14496-10: Information Technology - Coding of audio-visual objects - Part 10: Advanced Video Ciding", ISO/IEC JTC 1/SC 29/WG 11, N5555, March, 2003).
이에 따라 개발된 부호화방법들은 이전 프레임과 현재 프레임간에 블록 단위로 움직임을 추정하고, 보상하여 부호화한다. 이러한 블록을 매크로블록(macroblock)이라 한다.
그러나, 이러한 종래기술은 모든 매크로블록에 대해 움직임을 추정하고 보상하므로 처리 시간이 많이 소요되는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 현재 프레임과 이전 프레임을 비교하여 움직임이 있는 매크로블록을 검출하고, 움직임이 있는 매크로블록에 대해서만 움직임을 예측하고 보상하는 움직임 추정방법 및 장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 현재 프레임과 이전 프레임을 비교하여 움직임이 있는 매크로블록에 대해서만 움직임을 예측 및 보상하고, 영상을 부호화하는 영상 부호화방법 및 장치를 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 움직임 추정방법은, 영상 내의 움직임을 추정하는 방법에 있어서, 상기 영상의 현재 프레임 내에서 매크로블록을 선정하는 단계; 움직임 발생여부를 결정할 픽셀위치를 선정하는 단계; 선정된 픽셀위치에 대하여 상기 영상의 현재 프레임의 픽셀값과 이전 프레임의 픽셀값을 비교하여 움직임을 검출하는 단계; 및 상기 움직임이 검출된 매크로블록만 움직임을 예측하고 보상하는 단계를 포함한다.
상기 픽셀위치를 선정하는 단계는, 상기 선정된 매크로블록을 M(M은 자연수)개의 서브 매크로블록으로 분할하는 단계; 및 상기 각각의 서브 매크로블록 내에서 N(N은 자연수)개의 픽셀위치를 선정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 서브 매크로블록의 픽셀위치는 다른 서브 매크로블록의 픽셀위치와 동일할 수 있다.
다른 방법으로는, 상기 서브 매크로블록의 픽셀위치는 다른 서브 매크로블록의 픽셀위치와 다를 수 있다.
상기 움직임을 검출하는 단계는, 상기 현재 프레임의 픽셀값과 상기 이전 프레임의 픽셀값간의 차이값이 제1 임계값 이상인 경우, 움직임이 발생한 것으로 판단하는 것이 바람직하다.
상기 움직임을 검출하는 단계는, 상기 매크로블록 내에서 상기 현재 프레임의 픽셀값과 상기 이전 프레임의 픽셀값간의 차이값의 평균이 제2 임계값 이상인 경우, 움직임이 발생한 것으로 판단하는 것이 바람직하다.
상기 제1 임계값 또는 상기 제2 임계값은 카메라에 의해 발생하는 영상 노이즈 레벨에 따라 달리 설정되는 것이 바람직하다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 움직임 추정장치는, 영상 내의 움직임을 추정하는 장치에 있어서, 상기 영상의 현재 프레임 내에서 움직임 발생여부를 결정할 픽셀위치를 선정하고, 선정된 픽셀위치에 대하여 상기 영상의 현재 프레임과 이전 프레임을 비교하여 움직임을 검출하는 움직임 감지부; 및 상기 움직임이 검출된 매크로블록만 움직임을 예측하고 보상하는 움직임 예측 및 보상부를 포함한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 영상 부호화방법은, 상기 영상의 현재 프레임 내에서 움직임 발생여부를 결정할 픽셀위치를 선정하고, 선정된 픽셀위치에 대하여 상기 영상의 현재 프레임과 이전 프레임을 비교하여 움직임을 검출하는 단계; 상기 움직임이 검출된 매크로블록만 움직임을 예측하고 보상하는 단계; 상기 보상된 영상 데이터를 양자화하는 단계; 및 상기 양자화된 데이터를 부호화하여 비트스트림을 생성하는 단계를 포함한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 영상 부호화장치는, 상기 영상의 현재 프레임 내에서 움직임 발생여부를 결정할 픽셀위치를 선정하고, 선정된 픽셀위치에 대하여 상기 영상의 현재 프레임과 이전 프레임을 비교하여 움직임을 검출하는 움직임 감지부; 상기 움직임이 검출된 매크로블록만 움직임을 예측하고 보상하는 움직임 예측 및 보상부; 상기 보상된 영상 데이터를 양자화하는 양자화부; 및 상기 양자화된 데이터를 부호화하여 비트스트림을 생성하는 부호화부를 포함한다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로서, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 대하여, 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 영상 부호화장치의 구성을 블록도로 도시한 것으로서, 영상 부호화장치(100)는 입력되는 영상(IN1)의 움직임을 검출, 예측 및 보상하는 움직임 추정부(110), 보상된 영상 데이터를 양자화하는 양자화부(140) 및 양자화된 데이터를 부호화하여 비트스트림(OUT1)을 생성하는 부호화부(150)를 포함한다. 움직임 추정부(110)는 영상의 현재 프레임 내에서 움직임 발생여부를 결정할 픽셀위치를 선정하고, 선정된 픽셀위치에 대하여 상기 영상의 현재 프레임과 이전 프레임을 비교하여 움직임을 검출하는 움직임 감지부(120), 및 상기 움직임이 검출된 매크로블록만 움직임을 예측하고 보상하는 움직임 예측 및 보상부(130)를 포함한다. 도 1의 구성요소의 상세한 동작은 도 5에 도시된 영상 부호화방법과 함께 후술하기로 한다.
도 2는 도 1의 움직임 감지부의 상세한 구성을 블록도로 도시한 것으로서, 움직임 감지부(120)는 입력되는 영상(IN1)의 현재 프레임 내에서 매크로블록을 선정하는 매크로블록 선정부(210), 움직임 발생여부를 결정할 픽셀위치를 선정하는 픽셀위치 선정부(220) 및 선정된 픽셀위치에 대하여 상기 영상의 현재 프레임의 픽셀값과 이전 프레임의 픽셀값을 비교하여 움직임을 검출하는 움직임 검출부(230)를 포함한다. 도 2의 구성요소의 상세한 동작은 도 3을 참조하여 후술하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 움직임 추정방법을 흐름도로 도시한 것으로서, 도 1 및 도 2의 구성요소와 결부시켜 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 매크로블록 선정부(210)는 입력되는 영상(IN1)의 현재 프레임 내에서 매크로블록을 선정한다(S300 단계). 매크로블록의 크기는 기본적으로 16×16 크기이다.
픽셀위치 선정부(220)는 움직임 발생여부를 결정할 픽셀위치를 선정한다(S310 단계). 매크로블록 선정부(210)에서 선정된 매크로블록이 M(M은 자연수)개의 서브 매크로블록으로 분할되고, 각각의 서브 매크로블록 내에서 N(N은 자연수)개의 픽셀위치가 선정된다. 본 발명의 실시예에서는, M를 4로 하여, 각각의 서브 매크로블록은 8×8의 크기이다. 그러나, 이에 한정되지 않고, M을 2로 하는 경우, 서브 매크로블록은 8×16, 16×8등의 크기일 수 있으며, 더 세밀한 움직임을 감지하기 위해서, M을 8로 하는 경우 4×8, 8×4 등의 크기일 수 있으며, M을 16으로 하는 경우 4×4일 수 있다. 또한, 선정되는 픽셀위치의 개수 N은 움직임 발생여부를 어느 정도 정확히 검출하는지에 따라 다르게 정할 수 있다.
도 4는 도 3의 픽셀위치 선정단계를 설명하기 위한 도로서, M 및 N을 각각 4로 하는 경우, 현재 프레임의 어느 한 매크로블록이 4개의 서브 매크로블록으로 분할되고, 각각의 서브 매크로블록에 대해 4개의 픽셀이 선정됨이 도시된다.
움직임 검출부(230)는 선정된 픽셀위치에 대하여 영상의 현재 프레임의 픽셀값과 이전 프레임의 픽셀값을 비교하여 움직임을 검출한다(S320 단계). 움직임 검출부(230)는 현재 프레임의 픽셀값과 상기 이전 프레임의 픽셀값간의 차이값이 제1 임계값 이상인 경우, 움직임이 발생한 것으로 판단한다. 다른 방법으로는, 움직임 검출부(230)는 매크로블록 내에서 상기 현재 프레임의 픽셀값과 상기 이전 프레임 의 픽셀값간의 차이값의 평균이 제2 임계값 이상인 경우, 움직임이 발생한 것으로 판단한다. 상기 제1 임계값 또는 상기 제2 임계값은 카메라에 의해 발생하는 영상 노이즈 레벨에 따라 달리 설정된다.
S330 단계에서 움직임이 발생하였으면, 움직임 검출부(230)는 움직임이 발생한 매크로블록을 기록한다(S340 단계). 움직임이 발생하지 않았으면, S350 단계로 진행한다.
S350 단계에서 현재 매크로블록이 마지막 매크로블록이 아니면, S300 단계로 되돌아간다.
현재 매크로블록이 마지막 매크로블록이면, 움직임 검출부(230)는 움직임이 발생한 매크로블록이 있는지의 여부를 판단한다. 움직임이 발생한 매크로블록이 없으면, 다음 프레임으로 이동한다(S390 단계).
움직임이 발생한 매크로블록이 있으면, 움직임 예측 및 보상부(130)는 움직임이 검출된 매크로블록만 움직임을 예측하고 보상한다(S370 단계).
S380 단계에서 프레임이 남아있으면, 다음 프레임으로 이동하고(S390 단계), 프레임이 남아있지 않으면, 과정을 종료한다.
도 5는 본 발명에 따른 영상 부호화방법을 흐름도로 도시한 것으로서, 도 1의 구성요소와 결부시켜 설명하기로 한다.
움직임 감지부(120)는 입력되는 영상(IN1)의 현재 프레임 내에서 움직임 발생여부를 결정할 픽셀위치를 선정하고, 선정된 픽셀위치에 대하여 상기 영상의 현재 프레임과 이전 프레임을 비교하여 움직임을 검출한다(S500 단계). S500 단계에 대한 상세한 설명은 도 3을 참조하여 상술한 바와 같다.
움직임 예측 및 보상부(130)는 움직임이 검출된 매크로블록만 움직임을 예측하고 보상한다(S510 단계). 양자화부(140)는 보상된 영상 데이터를 양자화한다(S520 단계). 부호화부(150)는 양자화된 데이터를 부호화하여 비트스트림(OUT1)을 생성한다(S530 단계). S510 단계 내지 S530 단계는 당해 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려져 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위에 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 앞으로의 실시 예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.
본 발명에 따르면, 현재 프레임과 이전 프레임을 비교하여 움직임이 있는 매크로블록을 검출하고, 움직임이 있는 매크로블록에 대해서만 움직임을 예측하고 보상함으로써, 동일한 크기의 영상 데이터에 대한 움직임 검출시간을 단축시킬 수 있다. 이에 따라, 영상의 부호화시간을 단축시킬 수 있다. 현재, 점차 소형화되어 휴대형으로 사용하고 있는 영상 부호화장치에 있어서, 배터리의 사용 시간을 절약하여 더 장시간 영상 부호화장치를 사용할 수 있다. 또한, 종래기술과 비교하여 동일한 저장용량의 저장장치를 가지고 있는 경우에는, 더 많은 영상 데이터를 저장시킬 수 있다.

Claims (26)

  1. 영상 내의 움직임을 추정하는 방법에 있어서,
    상기 영상의 현재 프레임 내에서 매크로블록을 선정하는 단계;
    움직임 발생여부를 결정할 픽셀위치를 선정하는 단계;
    선정된 픽셀위치에 대하여 상기 영상의 현재 프레임의 픽셀값과 이전 프레임의 픽셀값을 비교하여 움직임을 검출하는 단계; 및
    상기 움직임이 검출된 매크로블록만 움직임을 예측하고 보상하는 단계를 포함하며,
    상기 픽셀위치를 선정하는 단계는, 상기 선정된 매크로블록을 M(M은 자연수)개의 서브 매크로블록으로 분할하는 단계; 및
    상기 서브 매크로블록에서 N(N은 자연수)개의 픽셀위치를 선정하는 단계를 포함하며,
    상기 서브 매크로블록의 픽셀위치는 다른 서브 매크로블록의 픽셀위치와 다른 것을 특징으로 하는 움직임 추정방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 움직임을 검출하는 단계는,
    상기 현재 프레임의 픽셀값과 상기 이전 프레임의 픽셀값간의 차이값이 제1 임계값 이상인 경우, 움직임이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 움직임 추정방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 움직임을 검출하는 단계는,
    상기 매크로블록 내에서 상기 현재 프레임의 픽셀값과 상기 이전 프레임의 픽셀값간의 차이값의 평균이 제2 임계값 이상인 경우, 움직임이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 움직임 추정방법.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 제1 임계값 또는 상기 제2 임계값은 카메라에 의해 발생하는 영상 노이즈 레벨에 따라 달리 설정되는 것을 특징으로 하는 움직임 추정방법.
  8. 영상 내의 움직임을 추정하는 장치에 있어서,
    상기 영상의 현재 프레임 내에서 움직임 발생여부를 결정할 픽셀위치를 선정하고, 선정된 픽셀위치에 대하여 상기 영상의 현재 프레임과 이전 프레임을 비교하여 움직임을 검출하는 움직임 감지부; 및
    상기 움직임이 검출된 매크로블록만 움직임을 예측하고 보상하는 움직임 예측 및 보상부를 포함하는 것을 특징으로 하며,
    상기 움직임 감지부는, 상기 영상의 현재 프레임 내에서 매크로블록을 선정하는 매크로블록 선정부; 움직임 발생여부를 결정할 픽셀위치를 선정하는 픽셀위치 선정부; 및 선정된 픽셀위치에 대하여 상기 영상의 현재 프레임의 픽셀값과 이전 프레임의 픽셀값을 비교하여 움직임을 검출하는 움직임 검출부를 포함하며,
    상기 픽셀위치 선정부는, 상기 선정된 매크로블록을 M(M은 자연수)개의 서브 매크로블록으로 분할하고, 상기 각각의 서브 매크로블록 내에서 N(N은 자연수)개의 픽셀위치를 선정하며,
    상기 서브 매크로블록의 픽셀위치는 다른 서브 매크로블록의 픽셀위치와 다른 것을 특징으로 하는 움직임 추정장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제8항에 있어서, 상기 움직임 검출부는,
    상기 현재 프레임의 픽셀값과 상기 이전 프레임의 픽셀값간의 차이값이 제1 임계값 이상인 경우, 움직임이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 움직임 추정장치.
  14. 제8항에 있어서, 상기 움직임 검출부는,
    상기 매크로블록 내에서 상기 현재 프레임의 픽셀값과 상기 이전 프레임의 픽셀값간의 차이값의 평균이 제2 임계값 이상인 경우, 움직임이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 움직임 추정장치.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 제1 임계값 또는 상기 제2 임계값은 카메라에 의해 발생하는 영상 노이즈 레벨에 따라 달리 설정되는 것을 특징으로 하는 움직임 추정장치.
  16. 영상을 부호화하는 방법에 있어서,
    상기 영상의 현재 프레임 내에서 움직임 발생여부를 결정할 픽셀위치를 선정하고, 선정된 픽셀위치에 대하여 상기 영상의 현재 프레임과 이전 프레임을 비교하여 움직임을 검출하는 단계;
    상기 움직임이 검출된 매크로블록만 움직임을 예측하고 보상하는 단계;
    상기 보상된 영상 데이터를 양자화하는 단계; 및
    상기 양자화된 데이터를 부호화하여 비트스트림을 생성하는 단계를 포함하하며,
    상기 움직임을 검출하는 단계는, 상기 영상의 현재 프레임 내에서 매크로블록을 선정하는 단계; 움직임 발생여부를 결정할 픽셀위치를 선정하는 단계; 및 선정된 픽셀위치에 대하여 상기 영상의 현재 프레임의 픽셀값과 이전 프레임의 픽셀값을 비교하여 움직임을 검출하는 단계를 포함하며,
    상기 픽셀위치를 선정하는 단계는, 상기 선정된 매크로블록을 M(M은 자연수)개의 서브 매크로블록으로 분할하는 단계; 및 상기 각각의 서브 매크로블록 내에서 N(N은 자연수)개의 픽셀위치를 선정하는 단계를 포함하며,
    상기 서브 매크로블록의 픽셀위치는 다른 서브 매크로블록의 픽셀위치와 다른 것을 특징으로 하는 영상 부호화방법.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 영상을 부호화하는 장치에 있어서,
    상기 영상의 현재 프레임 내에서 움직임 발생여부를 결정할 픽셀위치를 선정하고, 선정된 픽셀위치에 대하여 상기 영상의 현재 프레임과 이전 프레임을 비교하여 움직임을 검출하는 움직임 감지부;
    상기 움직임이 검출된 매크로블록만 움직임을 예측하고 보상하는 움직임 예측 및 보상부;
    상기 보상된 영상 데이터를 양자화하는 양자화부; 및
    상기 양자화된 데이터를 부호화하여 비트스트림을 생성하는 부호화부를 포함하며,
    상기 움직임 감지부는, 상기 영상의 현재 프레임 내에서 매크로블록을 선정하는 매크로블록 선정부; 움직임 발생여부를 결정할 픽셀위치를 선정하는 픽셀위치 선정부; 및 선정된 픽셀위치에 대하여 상기 영상의 현재 프레임의 픽셀값과 이전 프레임의 픽셀값을 비교하여 움직임을 검출하는 움직임 검출부를 포함하며,
    상기 픽셀위치 선정부는, 상기 선정된 매크로블록을 M(M은 자연수)개의 서브 매크로블록으로 분할하고, 상기 각각의 서브 매크로블록 내에서 N(N은 자연수)개의 픽셀위치를 선정하며,
    상기 서브 매크로블록의 픽셀위치는 다른 서브 매크로블록의 픽셀위치와 다른 것을 특징으로 하는 영상 부호화장치.
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 제1항 또는 제16항에 기재된 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능 기록매체.
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