KR101357384B1 - 영상 부호화 방법 및 장치, 영상 복호화 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

영상 부호화 방법 및 장치, 영상 복호화 방법 및 장치가 개시된다. 영상 부호화 방법은 입력된 영상에서 중요 영역을 추출하는 단계; 영상 전송 장치와 영상 수신 장치 간의 네트워크 상황에 기초하여 상기 영상에서 상기 중요 영역을 제외한 영역인 나머지 영역의 압축률을 결정하는 단계; 및 상기 결정된 압축률에 기초하여 상기 나머지 영역을 부호화하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

영상 부호화 방법 및 장치, 영상 복호화 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR ENCODING IMAGE, METHOD AND APPARATUS FOR DECODING IMAGE}
아래의 설명은 영상의 부호화 방법 및 복호화 방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 무선 환경에 기초하여 적응적으로 영상을 부호화하는 방법 및 그에 대응되는 복호화 방법에 관한 것이다.
JPEG의 영상 압축 기술은 전 세계적으로 널리 이용되고 있는 영상 압축 기술로서 전체적으로 인코더와 디코더로 구분되어 있다. 인코더는 이산 코사인 변환(DCT, discrete cosine transform)과 양자화(quantization) 과정, 그리고 엔트로피 인코딩(entropy encoding)을 수행하여 영상을 압축한다. 위와 같은 과정을 수행하고 나면, 압축된 영상 데이터가 생성되고, 디코더에서 복원되기까지 압축된 형태로 전송 및 저장된다. 디코더의 경우, 인코딩의 과정을 역으로 수행하여 압축된 영상 데이터를 본래의 영상으로 복원한다.
MPEG은 Moving Picture Experts Grout의 약자로, 멀티미디어의 표준의 개발을 담당하는 소규모의 이름이며, 이 그룹에서 제정하는 표준을 나타낸다. MPEG의 영상압축기술은 JPEG에서 사용하는 기술에 inter-frame coding과 intra-frame coding이 추가된다. MPEG 영상은 미리 정해진 데이터 전송률에 기초하여 시간당 일정한 크기로 전송되고, 압축된 영상은 MPEG 디코더에 의해 본래의 영상 정보로 출력된다. 또한, MPEG에서는 모션 벡터(motion vector)를 이용하여 현재 프레임과 다음 프레임에서의 움직임에 기초하여 데이터를 전송한다.
무선 통신 환경에서 신호의 세기는 전파 환경 및 단말의 이동에 따라 변동될 수 있으며, 신호의 세기에 따라 네트워크의 수율도 급격하게 변할 수 있다. 따라서, 무선 통신 환경에서 영상 압축 기술을 이용하여 영상 컨텐츠를 스트리밍하는 경우, 신호의 세기가 약한 지역이나 무선 통신 환경이 타 지역에 비해 열악한 곳에서는 끊기는 현상이 발생할 수 있다. 따라서, 무선 통신 환경에 적응적이면서 효율적으로 영상을 압축할 수 있는 기술이 요구되고 있다.
일실시예에 따른 영상 부호화 방법은 입력된 영상에서 중요 영역을 추출하는 단계; 영상 전송 장치와 영상 수신 장치 간의 네트워크 상황에 기초하여 상기 영상에서 상기 중요 영역을 제외한 영역인 나머지 영역의 압축률을 결정하는 단계; 및 상기 결정된 압축률에 기초하여 상기 나머지 영역을 부호화하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 영상 부호화 방법은, 상기 부호화된 나머지 영역과 상기 부호화되지 않은 중요 영역을 결합하여 비트스트림을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 영상 복호화 방법은, 영상 전송 장치가 전송한 비트스트림을 상기 영상에 적용된 매크로블록의 개수에 기초하여 분할하는 단계; 및 상기 분할된 비트스트림에서 상기 영상의 중요 영역을 제외한 나머지 영역을 복호화하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 비트스트림은 부호화된 나머지 영역과 부호화되지 않은 중요 영역을 결합하여 생성된 비트스트림일 수 있다.
일실시예에 따른 영상 부호화 장치는, 입력된 영상에서 중요 영역을 추출하는 중요 영역 추출부; 영상 전송 장치와 영상 수신 장치 간의 네트워크 상황에 기초하여 상기 영상에서 상기 중요 영역을 제외한 영역인 나머지 영역의 압축률을 결정하는 압축률 결정부; 및 상기 결정된 압축률에 기초하여 상기 나머지 영역을 부호화하는 영상 부호화부를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 영상 복호화 장치는, 영상 전송 장치가 전송한 비트스트림을 영상에 적용된 매크로블록의 개수에 기초하여 분할하는 비트스트림 분할부; 및 상기 분할된 비트스트림에서 상기 영상의 중요 영역을 제외한 나머지 영역을 복호화하는 영상 복호화부를 포함할 수 있고, 상기 비트스트림은 부호화된 나머지 영역과 부호화되지 않은 중요 영역을 결합하여 생성된 비트스트림일 수 있다.
다른 실시예에 따른 영상 부호화 방법은 입력된 영상에서 중요 영역을 추출하는 단계; 영상 전송 장치와 영상 수신 장치 간의 네트워크 상황에 기초하여 상기 중요 영역 및 상기 영상에서 상기 중요 영역을 제외한 영역인 나머지 영역의 압축률을 결정하는 단계; 및 상기 결정된 압축률에 기초하여 상기 중요 영역 및 상기 나머지 영역을 부호화하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따른 영상 복호화 방법은 영상 전송 장치가 전송한 비트스트림을 영상에 적용된 매크로블록의 개수에 기초하여 분할하는 단계; 및 상기 분할된 비트스트림에서 상기 영상 전송 장치와 영상 수신 장치 간의 네트워크 상황에 따라 적응적으로 결정된 압축률에 기초하여 중요 영역 및 상기 영상에서 상기 중요 영역을 제외한 영역인 나머지 영역을 복호화하는 단계를 포함할 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 부호화된 영상을 전송하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일실시예에 따른 영상 부호화 장치의 세부 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 일실시예에 따른 중요 영역에 해당하는 매크로블록을 결정하는 일례를 도시한 도면이다.
도 4는 일실시예에 따른 결정된 압축률에 기초하여 나머지 영역에 DCT-CUT을 수행하는 일례를 도시한 도면이다.
도 5는 일실시예에 따른 패킷 데이터의 일례를 도시한 도면이다.
도 6은 일실시예에 따른 영상 복호화 장치의 세부 구성을 도시한 도면이다.
도 7은 일실시예에 따른 영상 부호화 방법을 도시한 흐름도이다.
도 8은 일실시예에 따른 영상 복호화 방법을 도시한 흐름도이다.
도 9는 일실시예에 따른 영상 부호화 방법을 이용하여 영상을 전송하는 경우의 최대 신호 대 잡음비를 도시한 도면이다.
도 10은 일실시예에 따른 영상 부호화 방법을 이용하여 영상을 전송하는 경우의 전송 시간을 도시한 도면이다.
도 11은 다른 실시예에 따른 영상 부호화 방법을 도시한 흐름도이다.
도 12는 다른 실시예에 따른 영상 복호화 방법을 도시한 흐름도이다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 일실시예에 따른 영상 부호화 방법은 영상 부호화 장치에 의해 수행될 수 있다. 또한, 일실시예에 따른 영상 복호화 방법은 영상 복호화 장치에 의해 수행될 수 있다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 일실시예에 따른 부호화된 영상을 전송하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 영상 전송 장치(110)는 영상 부호화 장치(130)로부터 부호화된 영상을 수신하여 이를 영상 수신 장치(120)에 전송할 수 있다. 예를 들어, 영상 전송 장치(110)는 영상 수신 장치(120)에 부호화된 영상을 실시간으로 스트리밍할 수 있다.
또한, 영상 전송 장치(110)는 영상 수신 장치(120)와의 네트워크 상황을 측정하여 이를 영상 부호화 장치(130)에 알릴 수 있다. 예를 들면, 영상 전송 장치(110)는 영상 수신 장치(120)와의 신호 세기(RSSI, Received Signal Strength Indication) 또는 신호 대 간섭 잡음비(SINR, Signal to Interference-plus-Noise Ratio)를 측정하여 이를 영상 부호화 장치(130)에 알릴 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 영상 전송 장치(110)는 액세스 포인트(AP, access point)를 경유하여 영상 수신 장치(120)에 부호화된 영상을 전송할 수 있다. 이 경우, 영상 전송 장치(110)는 액세스 포인트와의 네트워크 상황을 측정하여 이를 영상 부호화 장치(130)에 알릴 수 있다.
영상 수신 장치(120)는 영상 전송 장치(110)로부터 부호화된 영상을 수신할 수 있다. 영상 수신 장치(120)는 부호화된 영상을 수신하여 영상 복호화 장치(140)에 전송할 수 있으며, 영상 전송 장치(110)와의 네트워크 상황을 측정하여 이를 영상 전송 장치(110)에 알릴 수 있다. 예를 들어, 영상 수신 장치(120)는 신호 세기 또는 신호 대 간섭 잡음비를 측정하여 이를 영상 전송 장치(110)에 알릴 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 영상 수신 장치(120)는 영상 전송 장치(110)와의 신호 세기 또는 신호 대 간섭 잡음비에 기초하여 영상 압축에 기초가 될 압축률을 결정할 수 있고, 이를 영상 전송 장치(110)에 전송할 수 있다. 이 경우, 영상 전송 장치(110)는 수신한 압축률을 영상 부호화 장치(130)에 전달할 수 있고, 영상 부호화 장치(130)는 해당 압축률에 기초하여 영상 압축을 수행할 수 있다.
영상 부호화 장치(130)는 입력된 영상을 부호화할 수 있다. 영상 부호화 장치(130)는 입력된 영상을 부호화하여 영상 전송 장치(110)에 전송할 수 있으며, 영상 전송 장치(110)로부터 신호 세기 또는 신호 대 간섭 잡음비 등과 같은 네트워크 상황에 관한 정보를 수신할 수 있다.
영상 부호화 장치(130)는 네트워크 상황에 관한 정보에 기초하여 입력된 영상을 적응적으로 부호화할 수 있다. 즉, 영상 부호화 장치(130)는 영상 전송 장치(110)와 영상 수신 장치(120)의 통신 환경에 따라 영상의 압축률을 결정하여 전송할 데이터의 양을 조절할 수 있다. 이를 통해, 영상 부호화 장치(130)는 영상 전송 장치(110)가 영상 컨텐츠를 끊김없이 제공하도록 할 수 있다. 영상 부호화 장치(130)는 영상 전송 장치(110) 내부에 존재하거나 또는 영상 전송 장치(110)와는 별도로 독립적으로 존재할 수 있다.
영상 복호화 장치(140)는 부호화된 영상을 복호화할 수 있다. 영상 복호화 장치(140)는 영상 수신 장치(120)로부터 부호화된 영상을 수신하여 복호화 과정을 수행할 수 있으며, 압축된 영상을 본래의 영상으로 복원할 수 있다. 영상 복호화 장치(140)는 영상 수신 장치(120) 내부에 존재하거나 또는 영상 수신 장치(120)와는 별도로 독립적으로 존재할 수 있다.
도 2는 일실시예에 따른 영상 부호화 장치의 세부 구성을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 영상 부호화 장치(210)는 중요 영역 추출부(220), 압축률 결정부(230) 및 영상 부호화부(240)를 포함할 수 있다. 영상 부호화 장치(210)는 도 7에 도시된 영상 부호화 방법을 수행할 수 있다.
단계(710)에서, 중요 영역 추출부(220)는 입력된 영상에서 중요 영역을 추출할 수 있다. 일례로, 중요 영역 추출부(220)는 백그라운드 제거 기술을 이용하여 이동 객체로 인식되는 영역을 중요 영역으로 추출할 수 있다.
중요 영역 추출부(220)는 아래의 수학식 1을 이용하여 입력된 영상에서 중요 영역을 추출할 수 있다.
Figure 112012066843688-pat00001
여기서, framei는 전송될 영상이고, framebackground는 전송될 영상의 전체적인 백그라운드 영상이다. Th는 임계값(threshold value)을 나타낸다. 일례로, 중요 영역 추출부(220)는 |framei - framebackground|의 값이 임계값 보다 큰 경우, 중요 영역으로 구분할 수 있고, 나머지 영역은 백그라운드로 구분할 수 있다. 중요 영역 추출부(220)는 수학식 1을 이용하여 이동 객체의 영상 실루엣을 획득할 수 있고, 이에 기초하여 중요 영역을 추출할 수 있다.
영상 부호화 장치(210)는 중요 영역 추출부(220)가 추출한 중요 영역은 최상의 영상 품질을 유지하고, 나머지 부분은 네트워크 상황에 기초하여 영상 압축을 수행함에 따라 영상에서 필요한 부분은 포함시키면서, 해당 영상을 최대한 압축할 수 있다.
단계(720)에서, 압축률 결정부(230)는 영상 전송 장치와 영상 수신 장치 간의 네트워크 상황에 기초하여 영상에서 중요 영역을 제외한 영역인 나머지 영역의 압축률을 결정할 수 있다.
일례로, 압축률 결정부(230)는 영상 전송 장치와 영상 수신 장치 간의 신호 세기가 클수록 나머지 영역의 압축률을 감소시킬 수 있다. 즉, 압축률 결정부(230)는 영상 전송 장치와 영상 수신 장치 간의 무선 통신 환경에 따라 나머지 영역의 압축률을 적응적으로 결정하여 전송할 데이터 양을 조절할 수 있다.
예를 들어, 영상 전송 장치와 영상 수신 장치 간의 신호 세기가 약한 경우, 압축률 결정부(230)는 나머지 영역에 대한 압축률을 증가시켜 전송될 데이터 양을 줄일 수 있다. 이에 따라, 영상 부호화 장치(210)는 영상 전송 장치가 영산 수신 장치에 영상 컨텐츠를 끊김없이 제공하도록 할 수 있다. 또한, 영상 부호화 장치(210)는 중요 영역에 대해서는 영상 압축을 하지 않고, 본래의 영상 품질을 유지함으로써 영상 전송 장치가 고품질의 영상 컨텐츠를 제공하도록 할 수 있다.
이와는 반대로, 압축률 결정부(230)는 영상 전송 장치와 영상 수신 장치 간의 신호 세기가 강한 경우, 나머지 영역에 적용할 압축률을 감소시켜 영상 품질을 우선적으로 고려할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 압축률 결정부(230)는 나머지 영역에 관한 전송 비율을 설정할 수 있다. 여기서, 전송 비율은 원래의 데이터 양과 영상 압축을 수행하여 영상 수신 장치에 전송할 데이터 양에 대한 비율로 정의될 수 있다. 압축률 결정부(230)는 나머지 영역에는 영상 전송 장치와 영상 수신 장치 간의 네트워크 환경에 기초하여 전송 비율을 설정할 수 있다. 압축률 결정부(230)는 설정된 각 영역의 전송 비율에 기초하여 압축률을 결정할 수 있다.
단계(710)을 단계(720)보다 먼저 기재하였지만, 영상 부호화 장치(210)의 동작은 위의 기재 순서에 한정되지 않으며, 단계(710)에서의 중요 영역을 추출하는 과정은 단계(720)의 나머지 영역의 압축률을 결정하는 과정 이후에 수행되거나 또는 동시에 수행될 수도 있다.
단계(730)에서, 영상 부호화부(240)는 압축률 결정부(230)에서 결정된 압축률에 기초하여 나머지 영역을 부호화할 수 있다.
먼저, 영상 부호화부(240)는 영상을 매크로블록(MB, macro block) 단위로 분할할 수 있다. 이를 통해, 영상 부호화부(240)는 영상의 처리 시간을 단축시킬 수 있다.
영상 부호화부(240)는 영상의 해상도 또는 매크로블록의 크기에 기초하여 영상에 적용할 전체 매크로블록의 개수를 결정할 수 있다. 예를 들어, 영상 부호화부(240)는 영상의 해상도가 증가할수록 영상에 적용할 전체 매크로블록의 개수를 증가시킬 수 있다.
또한, 영상 부호화부(240)는 네트워크 상황에 기초하여 중요 영역으로 지정할 매크로블록의 개수를 결정할 수 있다. 예를 들어, 영상 부호화부(240)는 영상 전송 장치와 영상 수신 장치 간의 신호 세기가 강할수록 중요 영역으로 지정할 매크로블록의 개수를 증가시킬 수 있다.
영상 부호화부(240)는 매크로블록 단위로 분할된 나머지 영역을 이산 코사인 변환(DCT, discrete cosine transform)할 수 있다. 영상 부호화부(240)는 이산 코사인 변환을 통하여 영상 데이터를 주파수 대역으로 전환시킬 수 있다.
영상 부호화부(240)는 나머지 영역을 이산 코사인 변환하여 주파수 영역으로 변환한 후, 지그재그 스캐닝(zigzag scanning)을 이용하여, 매크로 스트링(macro string)의 형태인 비트스트림을 생성할 수 있다.
그 후, 영상 부호화부(240)는 압축률 결정부(230)가 결정한 압축률에 기초하여 생성된 비트스트림의 길이를 줄일 수 있다. 구체적으로, 영상 부호화부(240)는 나머지 영역의 이산 코사인 변환된 결과값 중 높은 주파수 대역의 결과값을 압축률 결정부(230)에서 결정된 압축률에 기초하여 잘라낼 수 있다.
이하에서는, 나머지 영역의 이산 코사인 변환된 결과값 중 높은 주파수 대역의 결과값을 결정된 압축률에 기초하여 잘라내는 과정을 DCT-CUT이라 정의한다.
영상 부호화부(240)는 DCT-CUT을 통해 영상 수신 장치에 전송할 영상의 데이터 양을 줄일 수 있다. 또한, 영상 부호화부(240)는 양자화(quantization) 과정을 수행하지 않아도 DCT-CUT을 이용하여 영상 압축을 수행할 수 있다. 이에 따라, 영상 부호화부(240)는 영상 압축 시 소비되는 시간을 단축시킬 수 있다. 그리고, DCT-CUT은 기본적으로 영상의 이산 코사인 변환을 기초로 하기 때문에 JPEG 또는 MPEG의 압축 기술과 호환될 수 있다.
영상 부호화부(240)는 나머지 영역의 이산 코사인 변환된 결과값 중 높은 주파수 대역의 결과값을 영상 전송 장치와 영상 수신 장치 간의 신호 세기에 기초하여 적응적으로 잘라낼 수 있다. 즉, 나머지 영역은 영상 전송 장치와 영상 수신 장치 간의 네트워크 상황에 기초하여 적응적으로 부호화될 수 있다.
또한, 영상 부호화부(240)는 매크로블록 단위로 분할된 영상에서 중요 영역에 해당하는 매크로블록을 결정할 수 있다. 중요 영역으로 결정될 매크로블록의 개수는 네트워크 상황에 따라 적응적으로 결정될 수 있다. 영상 부호화부(240)는 중요 영역에 해당하는 매크로블록을 이산 코사인 변환하여 주파수 영역으로 변환할 수 있다. 이 경우, 영상 부호화부(240)는 중요 영역에 해당하는 매크로블록의 인덱스를 이용할 수도 있다.
단계(740)에서, 영상 부호화부(240)는 최종적으로 부호화된 나머지 영역과 부호화되지 않은 중요 영역을 결합하여 비트스트림을 생성할 수 있다. 일례에 따르면, 영상 부호화부(240)는 중요 영역의 매크로블록들과 부호화된 나머지 영역의 매크로블록들을 결합하여 비트스트림으로 생성할 수 있다. 이 경우, 영상 부호화부(240)는 비트스트림에 영상 압축과 관련된 패킷 데이터를 추가할 수도 있다.
패킷 데이터는 영상에 적용된 매크로블록의 개수, 영상의 폭, 영상의 높이, 매크로 스트링 형태인 비트스트림의 길이, 매크로블록의 폭, 매크로블록의 높이, 매크로블록의 행의 개수, 매크로블록의 열의 개수, 중요 영역에 해당하는 매크로블록의 개수, 중요 영역에 해당하는 매크로블록의 인덱스 등을 포함할 수 있다.
영상 부호화 장치(210)는 영상에서 중요 영역을 추출하고, 네트워크 환경에 따라 영상의 압축률을 적응적으로 결정하여 무선 통신 환경에서도 고화질의 영상을 끊김없이 제공할 수 있다. 또한, 영상 부호화 장치(210)는 중요 영역에 대해서는 부호화 과정을 수행하지 아니하여 영상의 품질을 원본에 가깝게 유지할 수 있고, 중요 영역으로 추출되지 않은 나머지 영역은 DCT-CUT을 이용하여 전송될 데이터의 양을 조절할 수 있다.
도 3은 일실시예에 따른 추출된 중요 영역에 해당하는 매크로블록을 결정하는 일례를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 영상 부호화 장치는 백그라운드 제거 기술을 이용하여 영상(310)에서 중요 영역(320)을 추출할 수 있다. 일례에 따르면, 영상 부호화 장치는 전송될 영상(310)에서 전송될 영상(310)의 전체적인 백그라운드 영상을 제거하여 이동 객체의 영상 실루엣을 획득할 수 있다. 영상 부호화 장치는 영상 실루엣에 기초하여 중요 영역(320)을 추출할 수 있고, 추출한 중요 영역에 해당하는 매크로블록(330)을 결정할 수 있다.
도 3에서는, 영상(310)에서 사람 형상의 영상 실루엣이 도시되어 있고, 중요 영역(320)으로 결정된 9개의 매크로블록(330)이 도시되어 있다. 영상 부호화 장치는 영상의 해상도 또는 매크로블록의 크기에 기초하여 영상에 적용할 전체 매크로블록의 개수를 결정할 수 있고, 네트워크 상황에 기초하여 중요 영역(320)으로 지정할 매크로블록(330)의 개수를 결정할 수 있다.
도 4는 일실시예에 따른 결정된 압축률에 기초하여 나머지 영역에 DCT-CUT을 수행하는 일례를 도시한 도면이다.
도 4에서, (a), (b), (c)는 나머지 영역을 이산 코사인 변환하고 지그재그 스캐닝을 수행한다고 가정한다. (a)는 이산 코사인 변환 후, DCT-CUT을 수행하지 않은 경우를 나타낸다. (b)는 이산 코사인 변환 후, DCT-CUT을 수행하여 50%의 데이터만 남은 경우를 나타낸다. (c)는 이산 코사인 변환 후, DCT-CUT을 수행하여 25%의 데이터만 남은 경우를 나타낸다.
영상 부호화 장치는 영상 전송 장치와 영상 수신 장치 간의 신호 세기가 충분히 강하다면, (a)와 같이 나머지 영역의 이산 코사인 변환된 데이터를 잘라내지 않고, 본래의 영상 품질을 유지한 채 영상 데이터를 제공할 수 있다.
영상 출력 과정에서 끊기는 현상이 발생한다면, 영상 부호화 장치는 (b) 또는 (c)와 같이 DCT-CUT을 이용하여 나머지 영역의 데이터 양을 줄일 수 있다. 이 경우, 영상 부호화 장치는 영상 전송 장치와 영상 수신 장치 간의 신호 세기에 기초하여 DCT-CUT을 통해 잘라낼 데이터 양을 조절할 수 있다. 영상 부호화 장치는 신호 세기가 약할수록 (c)에 도시된 것처럼, 더 많은 데이터를 잘라내어 전송될 데이터 양을 줄일 수 있다.
도 5는 일실시예에 따른 패킷 데이터의 일례를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 패킷 데이터는 영상에 적용된 매크로블록의 개수, 영상의 폭, 영상의 높이, 매크로 스트링의 길이, 매크로블록의 폭, 매크로블록의 높이, 매크로블록의 행의 개수, 매크로블록의 열의 개수, 중요 영역에 해당하는 매크로블록의 개수, 중요 영역에 해당하는 매크로블록의 인덱스 등을 포함할 수 있다. 즉, 패킷 데이터에는 영상 복호화 장치에서 영상을 복원하는데 필요한 정보가 포함될 수 있다.
또한, 패킷 데이터는 중요 영역의 영상 데이터와 부호화된 나머지 영역의 영상 데이터와 결합될 수 있다. 도 5에서는 마지막 위치에 중요 영역의 영상 데이터와 부호화된 나머지 영역의 영상 데이터가 배열되어 있다. 단, 도 5에서의 패킷 데이터에 포함된 데이터의 종류 및 데이터의 배열 순서는 실시예의 이해를 돕기 위해 예시된 것에 불과하며, 패킷 데이터에 포함된 데이터의 종류 및 데이터의 배열 순서가 위의 기재에 한정되는 것은 아니다.
도 6은 일실시예에 따른 영상 복호화 장치의 세부 구성을 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 영상 복호화 장치(610)는 비트스트림 분할부(620) 및 영상 복호화부(630)를 포함할 수 있다. 영상 복호화 장치(610)는 도 8에 도시된 영상 복호화 방법을 수행할 수 있다.
단계(810)에서, 비트스트림 분할부(620)는 영상 전송 장치가 전송한 비트스트림을 영상에 적용된 매크로블록의 개수에 기초하여 분할할 수 있다. 비트스트림 분할부(620)는 영상 전송 장치가 전송한 패킷 데이터에 기초하여 비트스트림을 분할할 수 있다. 예를 들어, 비트스트림 분할부(620)는 중요 영역에 해당하는 매크로블록의 개수 정보에 기초하여 비트스트림에서 중요 영역에 해당하는 데이터를 분할할 수 있다.
단계(820)에서, 영상 복호화부(630)는 분할된 비트스트림에서 영상의 중요 영역을 제외한 나머지 영역을 복호화할 수 있다. 구체적으로, 영상 복호화부(630)는 나머지 영역의 이산 코사인 변환된 결과값을 복원하는 역 이산 코사인 변환(iDCT, inverse discrete cosine transform)을 수행할 수 있다. 영상 복호화부(630)는 수신한 비트스트림을 영상으로 복원하는 과정에서 패킷 데이터를 이용할 수 있다.
영상 복호화부(630)는 분할된 비트스트림에 기초하여 역 지그재그 스캐닝(inverse zigzag scanning)을 수행할 수 있다. 영상 복호화부(630)는 역 지그재그 스캐닝을 통해 나머지 영역에서 DCT-CUT에 의해 잘려진 부분을 판단할 수 있다. 영상 복호화부(630)는 나머지 영역의 이산 코사인 변환된 결과값 중 부호화 과정에서 잘려진 결과값을 제로 패딩(zero padding)을 이용하여 복호화할 수 있다. 영상 복호화부(630)는 제로 패딩된 결과값에 역 이산 코사인 변환을 수행하여 나머지 영역의 영상을 복원할 수 있다.
단계(830)에서, 영상 복호화부(630)는 복호화한 나머지 영역과 중요 영역을 결합시킴으로써 압축되기 이전의 영상을 출력할 수 있다. 영상 복호화부(630)는 중요 영역에 대해서도 역 이산 코사인 변환을 수행할 수 있고, 변환된 결과값을 복호화한 나머지 영역과 결합하여 매크로블록들을 하나의 출력 영상으로 생성할 수 있다.
도 9는 일실시예에 따른 영상 부호화 방법을 이용하여 영상을 전송하는 경우의 최대 신호 대 잡음비를 도시한 도면이다.
도 9는 신호 대 간섭 잡음비(SINR)가 시간에 따라 변동될 때, 제안된 영상 부호화 방법을 이용하여 영상을 전송하는 경우(after feedback)와 제안된 방법을 이용하지 않고 영상을 전송하는 경우(before feedback)에 측정한 최대 신호 대 잡음비(PSNR, peak signal-to-noise ratio)를 나타낸 시물레이션 결과이다. 최대 신호 대 잡음비는 신호가 가질 수 있는 최대 전력에 대한 잡음의 전력을 나타낸 것으로, 영상의 품질 비교와 관련하여 화질의 손실 정보를 평가할 때 사용될 수 있다. 최대 신호 대 잡음비가 더 크다는 것은 원본 영상에 더 유사하다는 것을 나타낸다.
도 9를 참고하면, SINR이 일정 크기(약 45dB) 이상에서는 제안된 영상 부호화 방법을 이용하는 경우와 제안된 방법을 이용하지 않는 경우에 비슷한 PSNR을 나타내는 것을 알 수 있다.
하지만, SINR이 일정 크기(약 45dB) 이하가 되는 경우에는 제안된 영상 부호화 방법을 이용하는 경우의 PSNR이 제안된 방법을 이용하지 않는 경우의 PSNR 보다 현저히 크게 측정됨을 알 수 있다. 즉, 제안된 영상 부호화 방법을 통해 SINR이 낮은 네트워크 환경에서도 상대적으로 고화질의 영상을 전송할 수 있음을 알 수 있다.
도 10은 일실시예에 따른 영상 부호화 방법을 이용하여 영상을 전송하는 경우의 전송 시간을 도시한 도면이다.
도 10은 신호 세기(RSSI)가 시간에 따라 변동될 때, 제안된 영상 부호화 방법을 이용하여 영상을 전송하는 경우(after feedback)와 제안된 방법을 이용하지 않고 영상을 전송하는 경우(before feedback)에 측정한 전송 시간(transmission time)을 나타낸 시물레이션 결과이다.
도 10을 참고하면, RSSI가 일정 크기(약 -40dBM) 이상에서는 제안된 영상 부호화 방법을 이용하는 경우와 제안된 방법을 이용하지 않는 경우에 비슷한 전송 시간을 나타내는 것을 알 수 있다.
하지만, RSSI가 일정 크기(약 -40dBM) 이하가 되는 경우에는 제안된 영상 부호화 방법을 이용하는 경우의 전송 시간이 제안된 방법을 이용하지 않는 경우 보다 짧음을 알 수 있다. 즉, 영상 송신 장치와 영상 수신 장치 간의 신호 세기가 약한 경우, 영상 부호화 장치는 DCT-CUT을 이용하여 전송될 데이터양을 줄일 수 있고, 이에 따라 전송 시간을 단축시킬 수 있음을 알 수 있다.
도 11은 다른 실시예에 따른 영상 부호화 방법을 도시한 흐름도이다.
영상 부호화 장치(210)는 도 11에 도시된 다른 실시예에 따른 영상 부호화 방법을 수행할 수 있다.
단계(1110)에서, 영상 부호화 장치는(210)는 입력된 영상에서 중요 영역을 추출할 수 있다. 일례로, 영상 부호화 장치(210)는 백그라운드 제거 기술을 이용하여 이동 객체로 인식되는 영역을 중요 영역으로 추출할 수 있다. 이는 도 7의 단계(710)에서의 동작과 동일하므로, 도 7의 단계(710)를 참조할 수 있다.
단계(1120)에서, 영상 부호화 장치(210)는 영상 전송 장치와 영상 수신 장치 간의 네트워크 상황에 기초하여 중요 영역 및 영상에서 상기 중요 영역을 제외한 영역인 나머지 영역의 압축률을 결정할 수 있다.
중요 영역이 아닌 나머지 영역에 대해서만 부호화하는 경우에는, 네트워크 상황에 따라 영상이 정상적으로 전송(예를 들어, 스트리밍)되지 않을 수 있다. 따라서, 시스템 설계자는 네트워크 상황에 관련된 임계치를 미리 설정하여, 네트워크 상황이 미리 설정된 임계치 이하가 될 경우, 영상 부호화 장치(210)가 중요 영역에 대해서도 영상 압축을 수행하도록 할 수 있다.
영상 부호화 장치(210)는 영상 전송 장치와 영상 수신 장치 간의 네트워크 상황이 미리 설정된 기준 이하가 되는 경우에는, 나머지 영역뿐만 아니라 중요 영역에 대해서도 압축을 수행할 수 있다. 예를 들어, 영상 부호화 장치(210)는 영상 전송 장치와 영상 수신 장치 간의 신호 세기가 미리 설정된 임계치 이하가 되는 경우, 신호 세기에 기초하여 나머지 영역 및 중요 영역에 대해 압축률을 결정할 수 있다.
이 때, 영상 부호화 장치(210)는 나머지 영역의 압축률을 중요 영역의 압축률보다 크게 하고, 영상 전송 장치와 영상 수신 장치 간의 신호 세기가 클수록 중요 영역 및 나머지 영역의 압축률을 감소시킬 수 있다.
영상 부호화 장치(210)는 나머지 영역의 압축률을 중요 영역의 압축률 보다 크게 하여, 중요 영역의 품질을 우선적으로 고려할 수 있다. 이로 인해, 사용자가 느끼는 압축에 따른 품질의 열화는 감소될 수 있다.
또한, 영상 부호화 장치(210)는 영상 전송 장치와 영상 수신 장치 간의 네트워크 상황이 좋을수록, 예를 들어 신호 세기가 클수록, 중요 영역 및 나머지 영역의 압축률을 감소시켜 네트워크 상황에 최적화된 영상 부호화를 수행할 수 있다. 이를 통해, 영상 부호화 장치(210)는 네트워크 상황에 기초하여 스트리밍 서비스가 끊기지 않는 최적의 압축률을 결정할 수 있다.
단계(1130)에서, 영상 부호화 장치(210)는 결정된 압축률에 기초하여 중요 영역 및 나머지 영역을 부호화할 수 있다.
영상 부호화 장치(210)는 영상을 매크로블록 단위로 분할할 수 있고, 매크로블록 단위에 기초하여 중요 영역 및 나머지 영역을 부호화할 수 있다. 그 후, 영상 부호화 장치(210)는 이산 코사인 변환 및 지그재그 스캐닝을 이용하여 중요 영역 및 나머지 영역을 매크로 스트링의 형태로 생성할 수 있다.
영상 부호화 장치(210)는 중요 영역 및 나머지 영역 각각에 대해 결정된 압축률에 기초하여 생성된 매크로 스트링의 데이터량을 줄일 수 있다. 구체적으로, 영상 부호화 장치(210)는 이산 코사인 변환된 결과값 중 높은 주파수 대역의 결과값을 결정된 압축률에 기초하여 잘라낼 수 있다.
단계(1140)에서, 영상 부호화 장치(210)는 부호화된 중요 영역 및 나머지 영역을 결합하여 비트스트림을 생성할 수 있다. 영상 부호화 장치(210)는 최종적으로 부호화된 중요 영역과 나머지 영역을 결합하여 비트스트림을 생성할 수 있다. 이 때, 영상 부호화 장치(210)는 비트스트림에 영상 압축과 관련된 패킷 데이터를 추가할 수 있다.
도 12는 다른 실시예에 따른 영상 복호화 방법을 도시한 흐름도이다.
영상 복호화 장치(610)는 도 12에 도시된 다른 실시예에 따른 영상 부호화 방법을 수행할 수 있다.
단계(1210)에서, 영상 복호화 장치(610)는 영상 전송 장치가 전송한 비트스트림을 영상에 적용된 매크로블록의 개수에 기초하여 분할할 수 있다. 이 경우, 영상 부호화 장치(610)는 영상의 압축 정보를 포함하고 있는 패킷 데이터에 기초하여 비트스트림을 분할할 수 있다.
단계(1220)에서, 영상 복호화 장치(610)는 분할된 비트스트림에서 영상 전송 장치와 영상 수신 장치 간의 네트워크 상황에 따라 적응적으로 결정된 압축률에 기초하여 중요 영역 및 영상에서 중요 영역을 제외한 영역인 나머지 영역을 복호화할 수 있다. 이 때, 나머지 영역의 압축률은 중요 영역의 압축률보다 크고, 영상 전송 장치와 영상 수신 장치 간의 신호 세기가 클수록 감소될 수 있다.
영상 복호화 장치(610)은 역 지그재그 스캐닝을 이용하여 중요 영역 및 나머지 영역에서 잘려진 데이터를 판단할 수 있고, 제로 패딩을 이용하여 복호화할 수 있다. 영상 복호화 장치(610)는 제로 패딩된 결과값에 역 이산 코사인 변환을 수행하여 중요 영역 및 나머지 영역의 영상을 복원할 수 있다.
단계(1230)에서, 영상 복호화 장치(610)는 복호화한 중요 영역과 나머지 영역을 결합하여 압축되기 이전의 영상을 출력할 수 있다. 영상 복호화 장치(610)는 중요 영역 및 나머지 영역의 역 이산 코사인 변환된 결과값을 결합하여 매크로블록들을 하나의 출력 영상으로 생성할 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media) 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
110: 영상 전송 장치
120: 영상 수신 장치
130: 영상 부호화 장치
140: 영상 복호화 장치

Claims (16)

  1. 영상 전송 장치와 영상 수신 장치 간에 전송되는 영상의 부호화 방법에 있어서,
    입력된 영상에서 중요 영역을 추출하는 단계;
    상기 영상 전송 장치와 상기 영상 수신 장치 간의 네트워크 상황에 기초하여 상기 영상에서 상기 중요 영역을 제외한 영역인 나머지 영역의 압축률을 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 압축률에 기초하여 상기 나머지 영역을 부호화하는 단계
    를 포함하는 영상 부호화 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압축률을 결정하는 단계는,
    상기 영상 전송 장치와 상기 영상 수신 장치 간의 신호 세기가 클수록 나머지 영역의 압축률을 감소시키는 영상 부호화 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 나머지 영역을 부호화하는 단계는,
    매크로블록 단위로 분할된 나머지 영역을 이산 코사인 변환(DCT, discrete cosine transform)하는 영상 부호화 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 나머지 영역을 부호화하는 단계는,
    상기 결정된 압축률에 기초하여 상기 이산 코사인 변환된 결과값 중 적어도 하나의 결과값을 잘라내는 영상 부호화 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 나머지 영역을 부호화하는 단계는,
    상기 영상 전송 장치와 상기 영상 수신 장치 간의 신호 세기에 기초하여 상기 이산 코사인 변환된 결과값 중 적어도 하나의 결과값을 잘라내는 영상 부호화 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 부호화된 나머지 영역과 상기 부호화되지 않은 중요 영역을 결합하여 비트스트림을 생성하는 단계
    를 더 포함하는 영상 부호화 방법.
  7. 영상 전송 장치와 영상 수신 장치 간에 전송되는 영상의 복호화 방법에 있어서,
    상기 영상 전송 장치가 전송한 비트스트림을 상기 영상에 적용된 매크로블록의 개수에 기초하여 분할하는 단계; 및
    상기 분할된 비트스트림에서 상기 영상의 중요 영역을 제외한 나머지 영역을 복호화하는 단계
    를 포함하고,
    상기 비트스트림은,
    부호화된 나머지 영역과 부호화되지 않은 중요 영역을 결합하여 생성된 비트스트림인 영상 복호화 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 나머지 영역을 복호화하는 단계는,
    상기 나머지 영역의 이산 코사인 변환된 결과값을 복원하여 역 이산 코사인 변환(iDCT, inverse discrete cosine transform)하는 영상 복호화 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 나머지 영역을 복호화하는 단계는,
    상기 나머지 영역의 이산 코사인 변환된 결과값 중 부호화 과정에서 잘려진 결과값을 제로 패딩(zero padding)을 이용하여 복호화하는 영상 복호화 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 나머지 영역을 복호화하는 단계는,
    상기 영상 전송 장치와 상기 영상 수신 장치 간의 신호 세기에 기초하여 적응적으로 부호화된 나머지 영역을 복호화하는 영상 복호화 방법.
  11. 입력된 영상에서 중요 영역을 추출하는 중요 영역 추출부;
    영상 전송 장치와 영상 수신 장치 간의 네트워크 상황에 기초하여 상기 영상에서 상기 중요 영역을 제외한 영역인 나머지 영역의 압축률을 결정하는 압축률 결정부; 및
    상기 결정된 압축률에 기초하여 상기 나머지 영역을 부호화하는 영상 부호화부
    를 포함하는 영상 부호화 장치.
  12. 영상 전송 장치가 전송한 비트스트림을 영상에 적용된 매크로블록의 개수에 기초하여 분할하는 비트스트림 분할부; 및
    상기 분할된 비트스트림에서 상기 영상의 중요 영역을 제외한 나머지 영역을 복호화하는 영상 복호화부
    를 포함하고,
    상기 비트스트림은,
    부호화된 나머지 영역과 부호화되지 않은 중요 영역을 결합하여 생성된 비트스트림인 영상 복호화 장치.
  13. 영상 전송 장치와 영상 수신 장치 간에 전송되는 영상의 부호화 방법에 있어서,
    입력된 영상에서 중요 영역을 추출하는 단계;
    상기 영상 전송 장치와 상기 영상 수신 장치 간의 네트워크 상황에 기초하여 상기 중요 영역 및 상기 영상에서 상기 중요 영역을 제외한 영역인 나머지 영역의 압축률을 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 압축률에 기초하여 상기 중요 영역 및 상기 나머지 영역을 부호화하는 단계
    를 포함하는 영상 부호화 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 압축률을 결정하는 단계는,
    상기 나머지 영역의 압축률을 상기 중요 영역의 압축률보다 크게 하고, 상기 영상 전송 장치와 상기 영상 수신 장치 간의 신호 세기가 클수록 상기 중요 영역 및 상기 나머지 영역의 압축률을 감소시키는 영상 부호화 방법.
  15. 영상 전송 장치와 영상 수신 장치 간에 전송되는 영상의 복호화 방법에 있어서,
    상기 영상 전송 장치가 전송한 비트스트림을 상기 영상에 적용된 매크로블록의 개수에 기초하여 분할하는 단계; 및
    상기 분할된 비트스트림에서 상기 영상 전송 장치와 상기 영상 수신 장치 간의 네트워크 상황에 따라 적응적으로 결정된 압축률에 기초하여 중요 영역 및 상기 영상에서 상기 중요 영역을 제외한 영역인 나머지 영역을 복호화하는 단계
    를 포함하는 영상 복호화 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 나머지 영역의 압축률은,
    상기 중요 영역의 압축률보다 크고, 상기 영상 전송 장치와 상기 영상 수신 장치 간의 신호 세기가 클수록 감소되는 영상 복호화 방법.
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