KR101563554B1 - 잡음 제거를 위한 통합 시간 필터를 구비한 비디오 인코더 - Google Patents

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Abstract

인코딩된 프레임 시퀀스를 반송하는 출력을 갖는 통합 시간 필터를 구비한 비디오 인코더는 입력 프레임 데이터를 수신하는 입력부, 입력 프레임 데이터를 입력부로부터 수신해서 필터링된 프레임 데이터를 생성하는 시간 필터, 시간 필터로부터 인코딩된 프레임 시퀀스와 필터링된 프레임 데이터로부터 유도되는 재구성된 프레임을 수신해서 잔여 오차 신호 출력을 생성하는 모션 처리 모듈, 및 입력 데이터 프레임과 잔여 오차 신호를 수신해서 인코딩된 프레임 시퀀스를 생성하는 코더 모듈을 포함한다. 비디오 인코딩 방법은 모션 추정기와 시간 필터로 인코딩될 현재 프레임을 실질적으로 한번에 수신하는 스텝, 이전에 인코딩된 참조 프레임을 수신하는 스텝, 이전에 인코딩된 참조 프레임으로부터 재구성된 모션 보상 참조 프레임을 생성하는 스텝, 및 모션 보상 참조 프레임과 현재 프레임 사이에서 블렌딩을 수행할지 그리고 블렌딩을 얼마나 수행할지를 모션 보상 참조 프레임과 현재 프레임으로부터 결정하는 스텝을 포함한다.

Description

잡음 제거를 위한 통합 시간 필터를 구비한 비디오 인코더{VIDEO ENCODER WITH AN INTEGRATED TEMPORAL FILTER FOR DENOISING}
본 발명은 일반적으로 비디오 데이터를 인코딩하는 분야에 관한 것으로, 특히 시스템에 통합 시간 필터를 사용하는 것과 비디오 데이터를 인코딩하는 방법에 관한 것이다.
컴팩트 디지털 포맷에서 비디오 데이터를 인코딩하는 종래의 시스템과 방법은 각종 신호 처리를 수행하는 전용 집적 회로 및/또는 집적 회로의 시스템, 전용 프로세서에서 실행되는 소프트웨어, 또는 범용 프로세서에서 실행되는 소프트웨어로 실시된다.
디지털 비디오 신호는 프레임 시퀀스에서의 모든 화소(픽셀)의 색조, 색채도, 및 휘도를 기술하기 위해 최종적으로 디코딩되는 디지털값(종래에는 바이트, 워드, 화소, 프레임 등으로 체계화되는 이진수 시퀀스, 즉 비트)의 디지털 회로 내에서 전류 및 전압으로서 표현된다. 최신 디지털 비디오 신호는 초고 해상도 프레임의 이동 시퀀스를 나타내도록 디자인되어 있다. 그러한 초고 해상도 프레임 시퀀스는 소스로부터 디스플레이로 나타내어지는 대량의 정보를 송신하기 위해 초고 대역폭, 즉 정보 전송 능력을 필요로 하기 때문에 최신 시스템은 송신용 신호를 인코딩하거나 압축한다.
디지털 압축 및 모션 보상 기술은 필요한 비디오 채널 대역폭을 대폭 저감시킬 수 있다. 종래의 비디오 코덱은 다른 기능 중에서 모션 보상을 수행한 후에 현재 프레임에 송신된 마지막 프레임을 비교해서 그 차이를 취함으로써 프레임 시퀀스를 인코딩한다.
종래의 시간 필터 구성 및 종래의 비디오 코덱은 도 6 및 도 7 각각에 도시되어 있다.
간단히, 도 6의 블록도에 도시된 바와 같은 종래의 시간 필터 구성은 입력 프레임 데이터(101)를 모션 추정 및 모션 보상 모듈(603)로 수신한다. 또한, 입력 프레임 데이터(101)는 시간 필터(605)에 의해 수신되어 구프레임(old frame)의 메모리(606)에 저장된다. 구프레임의 메모리(606)는, 예컨대 무한 임펄스 응답(IIR) 시간 필터를 사용하여 시간 필터링[즉, 입력 프레임 데이터(101)] 전에 또는 시간 필터링[교호 데이터 경로(607)] 후에 중 어느 하나로 프레임을 유지할 수 있지만, 어느 경우에나 상기 프레임은 동작되는 현재 프레임보다 오래된 것이다. 구프레임은 추정 및 보상을 위한 기반을 형성하므로 구프레임은 모션 추정 및 모션 보상 모듈(603)의 동작 동안에 메모리(606)로부터 검색된다.
도 7의 블록도에 도시된 바와 같은 완전한 종래의 비디오 코덱에서, 입력 프레임 데이터(101)는 잔여 오차 계산 모듈(707)로도 수신되면서 모션 추정 및 모션 보상 모듈(703)로 수신된다. 잔여 오차 계산 모듈(707)은 잔여 오차로 언급되는 모션 보상 구프레임과 실제 현재 프레임 사이의 차이를 계산한다. 잔여 오차는 이때 변환/양자화/엔트로피 코딩 모듈(709)에 의해 인코딩된다. 인코딩된 잔여 오차는 구프레임을 참조하여 재구성 모듈(711)에 의해 피드백되어 디코딩된다. 재구성된 프레임은 모션 추정 및 모션 보상 모듈(703)에 의한 액세스를 위해 메모리(713)에 저장된다. 메모리(713)로부터 검색되는 재구성된 프레임은 모듈(703)에 의해 행해진 모션 추정 및 보상에 사용된다.
인코딩된 프레임 시퀀스를 반송하는 출력을 갖는 통합 시간 필터를 구비한 비디오 인코더는 입력 프레임 데이터를 수신하는 입력부, 입력 프레임 데이터를 입력부로부터 수신해서 필터링된 프레임 데이터를 생성하는 시간 필터, 인코딩된 프레임 시퀀스와 필터링된 프레임 데이터로부터 유도되는 재구성된 프레임을 수신해서 잔여 오차 신호 출력을 생성하는 모션 처리 모듈, 및 입력 프레임 데이터와 잔여 오차 신호를 수신해서 인코딩된 프레임 시퀀스를 생성하는 코더 모듈(coder module)을 포함한다. 일실시형태에 있어서, 모션 처리 모듈은 재구성된 프레임과 입력 프레임 데이터를 수신해서 추정된 모션 벡터를 생성하는 모션 추정 모듈, 및 추정된 모션 벡터를 수신해서 모션 보상 프레임 데이터를 생성하는 모션 보상 모듈을 더 포함하며, 시간 필터는 필터링을 위한 모션 보상 프레임 데이터를 더 수신한다. 다른 실시형태에 있어서, 비디오 인코더는 인코딩된 프레임 시퀀스를 수신해서 재구성된 프레임을 모션 추정 모듈에 제공하는 프레임 재구성 모듈을 더 포함한다. 또 다른 실시형태에 있어서, 비디오 인코더는 시간 필터가 모션 추정 모듈에 제공되는 재구성된 프레임 또는 교대로 재구성된 프레임 중 어느 하나를 수신하게 하는 스위치를 더 포함한다.
비디오 인코딩 방법은 모션 추정 모듈과 시간 필터로 인코딩될 현재 프레임을 실질적으로 동시에 수신하는 스텝, 현재 프레임을 시간적으로 필터링하는 스텝, 이전에 인코딩된 프레임을 수신하는 스텝, 이전에 인코딩된 프레임으로부터 재구성된 프레임을 생성하는 스텝, 및 재구성된 프레임과 현재 프레임 사이에서 블렌딩을 수행하는지 그리고 블렌딩을 얼마나 수행할지를 재구성된 프레임과 현재 프레임으로부터 결정하는 스텝을 포함한다. 일실시형태에 있어서, 상기 방법은 재구성된 프레임을 사용하여 블렌딩함으로써 시간적으로 필터링하는 스텝을 포함한다. 다른 실시형태에 있어서, 상기 방법은 모션 추정 모듈에 제공되는 재구성된 프레임 또는 모션 보상이 없는 교대로 재구성된 프레임 중 어느 하나에 따라 현재 프레임을 선택적으로 시간적으로 필터링하는 스텝을 포함한다.
실시형태의 다른 양상에 의하면, 비디오 인코더는 모션 추정 유닛으로부터 추정된 모션 벡터를 수신하도록 구성되어 배치된 모션 보상 유닛, 모션 보상 유닛에 접속된 잔여 오차 계산 유닛, 및 모션 보상 유닛에 접속되어 현재 비디오 프레임의 수신을 가능하게 하고, 모션 보상 참조 프레임과 현재 비디오 프레임 사이의 블렌딩을 위한 요구뿐만 아니라 블렌딩의 강도 레벨의 결정을 가능하게 하는 시간 필터 유닛을 포함한다. 일실시형태에 있어서, 블렌딩은 화소 레벨까지 수행된다.
비디오 프레임을 비디오 인코딩하는 다른 방법은 인코딩될 현재 비디오 프레임을 수신하는 스텝, 이전에 인코딩된 참조 프레임을 수신하는 스텝, 모션 추정 및 보상을 사용함으로써 이전에 인코딩된 참조 프레임으로부터 모션 보상 참조 프레임을 생성하는 스텝, 및 블렌딩이 필요한지를 모션 보상 참조 프레임과 현재 비디오 프레임에 의거하여 결정하고, 만일 그렇다면 블렌딩의 강도를 결정하는 스텝을 포함한다. 일실시형태에 의하면, 블렌딩은 화소 레벨까지 수행된다.
첨부 도면은 일정한 비율로 그려진 것으로 의도되지 않는다. 이 도면에서, 각 도면에 예시되는 각각 동일한 또는 거의 동일한 구성요소는 동일 번호로 표시된다. 명료함을 위해, 모든 구성요소가 모든 도면에 붙여지는 것은 아니다. 데이터 및 처리 흐름을 나타내는 블록도에서, 파선은 데이터만의 흐름을 나타내는 한편, 실선은 데이터 및 처리의 흐름을 나타낸다.
도 1은 일실시형태의 양상의 블록도이며;
도 2는 도 1의 실시형태의 양상의 더 상세한 블록도이며;
도 3은 다른 실시형태의 양상의 블록도이며;
도 4는 또 다른 실시형태의 양상의 블록도이며;
도 5는 일실시형태의 또 다른 양상의 흐름도이며;
도 6은 종래의 비디오 인코더의 블록도이고;
도 7은 종래의 비디오 코덱의 블록도이다.
본 발명은 출원에 있어서 이하의 설명에 정의되고 도면에 예시된 구성의 세목 및 구성요소의 배치에 한정되지 않는다. 본 발명은 다른 실시형태에 가능하고 각종 방법으로 실시되거나 수행될 수 있다. 또한, 여기서 사용되는 어구 및 용어는 설명을 위한 것이고 제한하는 것으로 고려되지 않아야 한다. 여기서 "구비함", "포함함", 또는 "가짐", "함유함", "수반함", 및 그 변화의 사용은 후에 리스트되는 아이템과 그 등가뿐만 아니라 추가 아이템을 포함하는 것으로 의미된다.
본 발명의 양상의 실시형태는 디지털 비디오 비트 스트림이라 불리는 비트 스트림으로서 프레임 스트림을 인코딩하는 디지털 신호 처리 피드백 루프 주위에 구성될 수 있다. 인코딩은 이전에 인코딩된 프레임(참조 프레임이라 불림)을 사용하여 현재 프레임의 컨텐츠를 예측하기 위해 모션 추정 및 모션 보상의 수행을 수반하며, 이 예측을 수행하기 위해 재구성될 수 있다. 상기 예측과 실제의 현재 프레임 사이의 차이는 인코딩된 정보로 압축되어 송신된다. 그러한 시스템에서, 현재 프레임이 수신되어 모션 추정 및 보상을 적용한 참조 프레임과 비교되어 상기 추정 및 보상과 상이한 모션이 발생하는지 그리고 이 모션이 얼마나 발생하는지, 즉 잔여 차이를 결정한다. 잔여 차이는 이때 출력을 위해 인코딩되어 양자화된다. 또한, 현재 프레임은 다음 현재 프레임을 위한 참조 프레임을 형성하기 위해 피드백 경로에서 디코딩되어 재구성된다. 공간 필터링에 의해 제거되지 않은 잡음을 제거하기 위해 필요하다면 시간 필터링이 이용된다.
실시형태의 양상에 의한 시간 필터링은 기재된 시스템에서 다수의 상이한 스테이지 중 하나에서 수행될 수 있다. 유리한 것으로 판정된 시간 필터링을 수행하는 선택된 스테이지의 특징은 모션 추정 및/또는 보상 모듈과 동일한 페치(fetch)를 사용하는 현재 프레임을 수신하는 것, 및 현재 프레임에 시간 필터 동작을 수행하는 것과 최종 잔여 오차 계산을 위한 잔여 오차 계산 유닛에 결과를 제공하는 것 또는 블렌딩/보간 및 잔여 오차 계산을 동시에 수행하는 잔여 오차 계산 유닛에 필요한 블렌딩의 결정을 제공하는 것 중 어느 하나를 포함하지만, 그 모두가 어떤 하나의 선택된 스테이지에 포함될 필요는 없다.
상기 구조는 특수 기능을 입력에 수행해서 출력을 생성하는 모듈을 형성하도록 구성된 전용 또는 범용 하드웨어 및/또는 소프트웨어로 구축된다. 이제 논의될 그러한 개별 모듈의 실시는 당업자에게 잘 알려져 있다. 유사한 모듈은 종래의 인코더도 구성되는 하드웨어 및/또는 소프트웨어 요소이다.
모션 추정기
모션 추정기는 전용 디지털 논리 회로, 충분한 속도와 대역폭의 디지털 신호 프로세서(DSP)에서 실행되는 디지털 신호 처리 소프트웨어, 유한 상태 기계 또는 어떤 다른 적절한 수단에 의해 구성될 수 있다. 모션 추정기는 현재 프레임과 하나 이상의 이전 프레임을 비교해서 이전 프레임과 현재 프레임 사이에 모션이 발생할지, 모션이 발생되는 경우 및/또는 모션이 얼마나 발생할 수 있는 지를 추정한다. 모션은 한쪽 프레임으로부터 다른 쪽 프레임으로의 화소들 또는 개별 화소의 블록에 대한 변위의 방향과 크기를 나타내는 벡터로 표현된다.
모션 보상기
모션 보상기는 전용 디지털 논리 회로, 충분한 속도와 대역폭의 DSP에서 실행되는 디지털 신호 처리 소프트웨어, 유한 상태 기계 또는 어떤 다른 적절한 수단에 의해 구성될 수 있다. 모션 보상기는 모션 벡터를 참조 프레임에 적용해서 모션 보상 예측 프레임을 생성한다. 상기 예측 프레임은 현재 프레임과 상이할 수 있고 그 차이는 잔여 오차로 칭해진다.
잔여 오차 계산기
잔여 오차 계산기는 전용 디지털 논리 회로, 충분한 속도와 대역폭의 DSP에서 실행되는 디지털 신호 처리 소프트웨어, 유한 상태 기계 또는 어떤 다른 적절한 수단에 의해 구성될 수 있다. 잔여 오차 계산기는 현재 프레임과 예측 프레임 사이에서 화소마다의 차이를 결정하고, 그 차이는 이때 디지털 비디오 비트 스트림으로 인코딩되는 것이다. 또한, 시간 필터에 의해 가이드되는 블렌딩은 잔여 오차 계산기에 의해 수행될 수 있다.
시간 필터
시간 필터는 전용 디지털 논리 회로, 충분한 속도와 대역폭의 DSP에서 실행되는 디지털 신호 처리 소프트웨어, 유한 상태 기계 또는 어떤 다른 적절한 수단에 의해 구성될 수 있다. 시간 필터는 블렌딩, 보간 및/또는 다른 보상 기술이 어느 정도까지 사용되어야 하는 지를 결정함으로써 시간 잡음을 제거한다. 시간 필터링은 프레임 내의 공간에서 라인 또는 영역에 걸쳐 화소 또는 서브화소의 변화율을 변경하는 공간 필터링에 비해 1개 이상의 화소 또는 서브화소의 변화율을 기간 동안 비교해서 변경한다.
상술한 대표적인 기술인 블렌딩은 2개 이상의 입력값을 수신하고, 1개 이상의 블렌딩 파라미터를 적용하고, 예컨대 입력값 사이에 구속될 수 있는 스칼라값을 출력에서 생성하는 값이다. 2개 이상의 값이 수신되는 실시형태에서는 동일 부분, 예컨대 2개 이상의 프레임의 대응하는 화소의 휘도값을 나타낼 수 있다. 대안으로, 그것은 큰 영역 내의 값, 예컨대 시간 및 공간 필터링 효과를 결합하는 2개의 프레임의 대응하는 3×3 화소 영역 내의 휘도값을 나타낼 수 있다. 이 처리(간소화를 위해 2개의 입력 경우로 예시됨)는 식: O=f(A, B, bp1, bp2,... bpn)으로 표현될 수 있다.
여기서, A, B는 입력값이며;
bp1, bp2,..., bpn은 블렌딩 파라미터이고(n은 임의 수일 수 있음);
O는 A≤B이면 A≤O≤B, 및 A>B이면 B≤O≤A의 범위인 출력 결과이다.
시도된 하나의 모델에 의하면, 블렌딩 함수는 O=bp1×A+(1-bp1)×B로 표현될 수 있다.
양자화기
양자화기는 전용 디지털 논리 회로, 충분한 속도와 대역폭의 DSP에서 실행되는 디지털 신호 처리 소프트웨어, 유한 상태 기계 또는 어떤 다른 적절한 수단에 의해 구성될 수 있다. 양자화기는 상위 디지트를 가질 수 있거나 스케일 인자 등을 포함할 수 있는 이전 계산의 결과를 취하고, 상기 결과를 유한수의 양자, 즉 인코딩될 수 있는 특수값 중 하나로 저감시킨다.
역양자화기
역양자화기는 전용 디지털 논리 회로, 충분한 속도와 대역폭의 DSP에서 실행되는 디지털 신호 처리 소프트웨어, 유한 상태 기계 또는 어떤 다른 적절한 수단에 의해 구성될 수 있다. 역양자화기는 양자 시퀀스를 취하고, 상태 정보, 다른 선험적 정보, 보간 또는 다른 기술에 기초되고, 값을 상위 디지트를 가질 수 있거나 또는 스케일 인자 등을 포함할 수 있는 값의 시퀀스로 되돌린다.
변환/역변환
변환/역변환 연산을 포함하는 각종 매트릭스 연산이 요구될 수 있고 전용 디지털 논리 회로, 충분한 속도와 대역폭의 DSP에서 실행되는 디지털 신호 처리 소프트웨어, 유한 상태 기계 또는 어떤 다른 적절한 수단에 의해 구성될 수 있다.
코더
코더는 전용 디지털 논리 회로, 충분한 속도와 대역폭의 DSP에서 실행되는 디지털 신호 처리 소프트웨어, 유한 상태 기계 또는 어떤 다른 적절한 수단에 의해 구성될 수 있다. 코더는 상기 값의 시퀀스에 포함된 리던던시를 감소시켜 상기 시퀀스를 더 작은 수의 값으로 압축하기 위해, 상기 값의 시퀀스에 포함된 리던던시를 증가시켜 시퀀스의 송신 동안 도입될 수 있는 시퀀스에서의 오차에 대한 저항을 증가시키기 위해, 또는 정보의 한쪽 표현을 그 정보의 다른 쪽 표현으로 간단히 트랜스레이트하기 위해 값의 입력 시퀀스의 각종 변환을 수행할 수 있다. 비디오 처리에 사용되는 일부 코더는 엔트로피 인코더, 이산 코사인 변환(DCT) 인코더 등의 변환 인코더, 및 모션 추정 및 보상 인코더를 포함한다. 이 논의에서, 인코더의 특정 기능은 컨텍스트에서 확인되고, "코더" 또는 '인코더"라는 워드는 그 기능만을 명확하게 할 때 사용될 수 없다.
실시형태의 양상은 도 1을 참조하여 이제 설명된다. 도 1에 도시된 구성요소는 개별적으로 상술되어 있다. 이 블록 각각에 대한 대체 구성은 당업자에게 공지되어 있다.
프레임은 시스템(100)에 의해 캡쳐되어 모션 추정 및 모션 보상을 수행하는 모션 처리 모듈(103)에 입력 프레임 데이터(101)로서 제공된다. 또한, 입력 프레임 데이터(101)는 시간 필터 모듈(105) 및 잔여 오차 계산 모듈(107)에 제공된다. 이전 프레임과 현재 처리되는 입력 프레임 데이터(101) 사이에서 발생하는 모션이 추정되고, 이전 프레임의 각 화소에 적용된 보상은 입력 프레임 데이터(101)와 시간적으로 필터링된(105) 프레임 데이터 및/또는 메타데이터(예컨대, 블렌딩 계수)와 함께 잔여 오차 계산 모듈(107)에 제공되는 보상 프레임을 생성한다. 잔여 오차 계산 모듈(107)은 이때 프레임 데이터의 각종 버전 사이에서 블렌딩되거나 보간되어 인코딩 모듈(109)에 의해 인코딩될 수 있는 잔여값을 생성한다. 미래 프레임과의 비교를 수행하기 위해 후속 프레임의 인코딩동안 인코딩된 프레임은 프레임 재구성 모듈(111)에 의해 재구성되어 재구성된 프레임(113)을 생성한다. 재구성된 프레임(113)은 시간적으로 필터링되고 재구성되기 전에 인코딩 처리의 전체 밸런스를 처리하는 입력 데이터로부터 유도된다. 이 재구성된 프레임(113)은 입력 프레임 데이터(101)가 모션 처리 모듈(103)을 위해 비교되는 이전 프레임이다.
일부 실시형태에 의하면, 시간적으로 필터링된(105) 프레임 데이터는 가상일 수 있으며, 즉 시간 필터 모듈(105)은 필터 계수를 그 출력으로서 제공하고, 실제 필터링 연산은 잔여 오차 계산 모듈(107)에서 잔여 오차 계산과 함께 즉시 수행된다. 다른 실시형태에 의하면, 시간 필터 모듈(105)은 적절한 필터 계수를 입력 프레임 데이터(101)에 적용해서 필터링된 프레임 데이터를 직접 생성한다.
도 1의 각종 모듈은 통합 전용 하드웨어 모듈 또는 통합 소프트웨어 모듈로서 실행될 수 있거나, 실행의 용이함을 위해 기능적으로 더 브레이크다운될 수 있다. 예컨대, 모션 처리 모듈(103)은 개별 모션 추정 모듈 및 모션 보상 모듈로 브레이크다운될 수 있다. 예컨대 도 2의 210 및 220 각각을 참조하라.
도 1의 몇몇 모듈이 저레벨 기능성을 실행하는 개별 모듈로서 예시되어 있는 실시형태의 양상은 도 2를 참조하여 이제 설명된다. 도 2에 도시된 구성요소는 개별적으로 상술되어 있다. 이 블록 각각에 대한 대체 구성은 당업자에게 공지되어 있다.
프레임은 시스템(200)에 의해 캡쳐되어 모션 추정 모듈(210)에 입력 프레임 데이터(101)로서 제공되고, 그 출력은 선택적으로 입력 프레임 데이터(101)도 직접 수신할 수 있는 모션 보상 모듈(220)에 접속된다. 모션 추정은 인코딩 순서로 이전 프레임에 대하여 수행된다. 모션 보상 모듈(220)은 보간, 필요하다면 잔여 오차 계산 모듈(230)에서 잔여 오차 계산에 의한 차감을 수행한다. 본 발명에 있어서, 시간 필터 모듈(225)은 모션 보상 모듈(220)에 접속되고, 입력 프레임 데이터(101)를 더 수신하고, 출력을 잔여 오차 계산 모듈(230)에 제공한다. 시간 필터 모듈(225)은 모션 보상 참조와 현재 프레임 사이에 강도 블렌딩을 적용하는지를 그리고 강도 블렌딩을 적용한 것을 다소의 화소로부터 모든 화소까지 체크할 수 있다. 블렌딩은 요구대로 프레임의 일부 또는 전체 프레임에 적용될 수 있다. 선행 기술의 솔루션과 대조적으로, 잔여 오차 계산 모듈(130)은 이제 시간 필터 모듈(225)로부터의 출력뿐만 아니라 모션 보상 모듈(220)로부터의 참조를 사용해서 블렌딩을 수행할 수 있고, 입력 프레임 데이터(101)를 더 사용해서 블렌딩을 수행할 수 있다. 그러므로, 일실시형태에 있어서, 블렌딩은 시간 필터 모듈(225)에 의해 수행된다. 시스템(200)은 이때 변환 모듈(240), 예컨대 이산 코사인 변환(DCT), 양자화 모듈(250), 역양자화 모듈(280), 및 역변환 모듈(245), 예컨대 역 DCT(IDCT)를 통해 규칙적 압축 흐름을 지속시킨다. 잔여 계수의 리오더링을 수행하고 엔트로피 코딩 모듈(270)에 접속되는 리오더링 모듈(260)은 양자화 모듈(250)의 출력에 접속된다. 프레임 재구성 모듈(111)은 역변환의 출력뿐만 아니라 모션 보상 프레임을 수신해서 재구성된 프레임을 메모리(114)에 저장할 수 있다. 메모리(114)는 모션 추정 모듈(210) 및 모션 보상 모듈(220)에 더 접속된다. 메모리(114)는 시스템(200)이 집적 회로로 구현될 때 외부 또는 내부 메모리일 수 있다.
실시형태의 대체 양상에 의한 시스템(300)은 도 3에 예시되어 있다. 예시된 대체예는 상이한 프레임 또는 그 부분이 모션 추정 및 모션 비교 모듈 또는 모듈들에서 참조 프레임으로서 역할을 하게 한다.
프레임은 시스템(300)에 의해 캡쳐되어 모션 처리 모듈(103)에 입력 프레임 데이터(101)로서 제공된다. 또한, 입력 프레임 데이터(101)은 시간 필터 모듈(305) 및 잔여 오차 계산 모듈(107)에 제공된다. 이전 입력 프레임과 현재 처리될 입력 프레임 데이터(101) 사이에서 발생하는 모션이 추정되고, 참조 프레임의 각 화소에 적용된 보상은 입력 프레임 데이터(101) 및 시간적으로 필터링된(305) 프레임 데이터와 함께 잔여 오차 계산 모듈(107)에 제공되는 보상 프레임을 생성한다. 잔여 오차 계산 모듈(107)은 이때 프레임 데이터의 각종 버전 사이에서 블렌딩되거나 보간되어 인코딩 모듈(109)에 의해 인코딩될 수 있는 잔여값을 생성한다. 미래 프레임과의 비교를 수행하기 위해 인코딩된 프레임은 프레임 재구성 모듈(111)에 의해 재구성되어 재구성된 프레임(113)을 생성한다. 재구성된 프레임(113)은 시간적으로 필터링되고 재구성되기 전에 인코딩 처리의 전체 밸런스를 처리하는 입력 데이터로부터 유도된다. 이 재구성된 프레임(113)은 입력 프레임 데이터(101)가 모션 처리 모듈(103)을 위해 비교되는 이전 프레임이다. 스위치(306)는 시간 필터에 제공된 재구성된 프레임(113)이 모션 처리 모듈(103)에 제공된 것과 동일할 수 있거나, 또는 모션 처리 모듈(103) 또는 메모리(114)에 저장된 부분에 현재 제공된 것과 다른 재구성된 프레임, 예컨대 모션 보상을 갖지 않는 재구성된 프레임일 수 있도록 하드웨어에 또는 소프트웨어를 사용하여 판독하는 메모리 위치의 선택을 통해 제공된다.
실시형태의 또 다른 양상에 의한 시스템(400)은 도 4에 도시되어 있다. 이 실시형태에 있어서, 시간 필터는 모션 보상 정보라기보다는 오히려 모션 추정 정보를 수신하고 있다.
프레임은 시스템(400)에 의해 캡쳐되어 모션 추정 모듈(402)에 입력 프레임 데이터(101)로서 제공되고, 그 출력은 선택적으로 입력 프레임 데이터(101)도 직접 수신할 수 있는 모션 보상 모듈(403)에 접속된다. 모션 추정은 인코딩 순서로 이전 프레임에 대하여 수행된다. 모션 보상 모듈(403)은 보간, 필요하다면 잔여 오차 계산 모듈(107)에서 잔여 오차 계산에 의한 차감을 수행한다. 본 발명에 있어서, 시간 필터 모듈(405)은 모션 추정 모듈(402)에 접속되고, 입력 프레임 데이터(101)를 더 수신하고, 출력을 잔여 오차 계산 모듈(107)에 제공한다. 시간 필터 모듈(405)은 참조와 현재 프레임 사이에 강도 블렌딩을 적용할지를 그리고 강도 블렌딩을 적용한 것을 모든 화소에 대하여 체크할 수 있다. 블렌딩은 요구대로 프레임의 일부 또는 전체 프레임에 적용될 수 있다. 선행 기술의 솔루션과 대조적으로, 잔여 오차 계산 모듈(107)은 이제 시간 필터 모듈(405)로부터의 출력뿐만 아니라 모션 보상 모듈(403)로부터의 참조를 사용해서 블렌딩을 수행하고, 입력 프레임 데이터(101)를 더 수행해서 블렌딩을 수행할 수 있다. 그러므로, 일실시형태에 있어서, 블렌딩은 시간 필터 모듈(405)에 의해 수행된다. 시스템(400)은 이때 인코딩 모듈(109)을 통해 규칙적 압축 흐름을 지속시킨다. 프레임 재구성 모듈(111)은 인코딩 모듈(109)의 출력뿐만 아니라 모션 보상 프레임을 수신해서 재구성된 프레임을 메모리(114)에 저장할 수 있다. 메모리(114)는 모션 추정 모듈(402) 및 모션 보상 모듈(403)에 더 접속된다. 메모리(114)는 시스템(400)이 집적 회로로 구현될 때 외부 또는 내부 메모리일 수 있다.
이제, 본 발명은 도 5의 흐름도(500)에 더 기술된 바와 같이 시간 필터링과 비디오 인코딩의 수행을 가능하게 한다. S510에서는 인코딩될 프레임이 수신된다. S520에서는 이전에 인코딩된 하나 이상의 참조 프레임이 수신된다. 그러한 프레임의 수신은 메모리(114)로부터 이용가능하다는 것에 주목해야 한다. S530에서는 모션 보상 참조 프레임이 모션 추정을 사용함으로써 참조 프레임으로부터 생성된다. S540에서 블렌딩이 필요한 것으로 결정되면 그 실행이 S550으로 계속되고; 그렇지 않으면 수행이 S570으로 계속된다. S550에서는 필요한 블렌딩의 강도가 결정된다. 개시된 본 발명의 일실시형태에서 범용성을 제한하지 않을 목적으로 블렌딩이 화소 레벨까지 수행된다. S560에서는 프레임 사이의 블렌딩이 수행된다. S570에서는 추가 프레임이 처리될 필요가 있는 지가 체크되어 그 수행이 S510으로 계속되고; 그렇지 않으면 수행이 종료된다.
설명된 각종 실시형태의 변화에 의하면, 모션 보상 참조 프레임을 이전에 인코딩된 참조 프레임으로부터 생성하는 것은 모션 추정 모듈 및 모션 보상 모듈에서 병렬로 행해질 수 있고, 제공된 시간 필터 모듈에서 시간 필터 모듈은 모션 추정 모듈 및 모션 보상 모듈과 상이한 참조 프레임을 수신한다.
실시형태의 양상의 원리를 사용하여 실질적인 대역폭 절감이 실현된다. 종래의 시스템은 input MB (384Byte) + Ref MB (384Byte) + out MB (384Byte) = 1.125KB per MB의 대역폭을 시간 필터에 대하여 필요로 한다. 비디오 인코더에 요구되는 바와 같이, 그것에 input MB (384Byte) + Rec MB (384Byte) + out Code per MB (~10Byte) = 0.76KB per MB의 대역폭이 추가된다. 따라서, 종래의 시스템에 필요한 전체 대역폭은 대략 1.885KB per MB이다. 대조적으로, 상술한 실시형태의 양상은 input MB (384Byte) + Rec MB (384Byte) + out Code per MB (-lOByte) = 0.76KB per MB의 조합된 시간 필터 및 인코더에 대한 대역폭 요건을 갖는다. 대역폭 절감은 실시형태의 양상이 종래의 시스템의 대역폭의 대략 40%만을 사용하여 유사한 결과를 달성하기 때문에 상술한 실시형태의 양상을 사용하여 대략 60%이다.
또한, 상술한 낮은 대역폭 요구는 인코딩 장치를 위한 저전력 소비 요구에 기여할 수 있다. 낮은 대역폭은 높은 대역폭을 지원하기 위해 초고주파수에서 동작할 때보다 저주파수에서 동작하기 때문에 더 효율적인 동작 영역에 있을 때 더 동작하는 그러한 장치의 개별 스위칭 소자, 예컨대 개별 트랜지스터에서 발생된다.
실시형태의 다른 양상의 장점은 고품질을 갖는 저 비트레이트 비디오가 지원될 수 있다는 것이다. 시간 필터는 비트레이트 제어에 의해서도 사용되어 품질의 어떤 실질적인 희생없이 비트레이트를 저감할 수 있다.
실시형태의 또 다른 양상의 장점은 프레임 사이에서 잡음을 적게 하고 트랜지션을 스무스하게 하는 것으로 인한 더 높이 인지된 비디오의 품질이다.
실시형태의 또 다른 양상의 다른 장점은 예측된 현재 프레임과 실제 현재 프레임 사이의 차이를 나타내기 위해 인코딩에 필요한 잔여 데이터의 양을 감소시키는 시간 필터링으로 인해서 인코딩된 스트림에 필요한 비트의 수를 감소시키고 필요한 대역폭을 감소시켜 압축의 요구를 감소시키는 보다 큰 잠재성이다.
따라서, 본 발명의 하나 이상의 실시형태의 몇몇 양상을 설명했을지라도 각종 변경, 수정, 및 개선은 당업자가 용이하게 생각하는 것이 이해되어야 한다. 그러한 변경, 수정, 및 개선은 본 명세서의 일부이고, 본 발명의 정신과 범위 내에 있다. 따라서, 이전 설명과 도면은 단지 일예이다.

Claims (21)

  1. 통합 시간 필터를 구비한 비디오 인코더로서,
    입력 프레임 데이터를 수신하는 입력부,
    인코딩된 프레임 데이터의 시퀀스를 제공하는 출력,
    인코딩된 프레임 데이터의 시퀀스로부터 인코딩된 프레임 데이터의 프레임을 수신해서 재구성된 프레임 데이터를 제공하는 프레임 재구성 모듈,
    상기 입력 프레임 데이터와 재구성된 프레임 데이터를 수신해서 필터링된 프레임 데이터를 생성하는 시간 필터,
    재구성된 프레임 데이터와 입력 프레임 데이터를 수신해서 모션 보상된 프레임 데이터를 제공하는 모션 처리 모듈,
    상기 모션 보상된 프레임 데이터와 상기 필터링된 프레임 데이터를 수신해서 잔여 오차 신호를 생성하는 잔여 오차 계산 모듈, 및
    상기 잔여 오차 신호를 수신해서 인코딩된 프레임 데이터의 시퀀스를 생성하는 코더 모듈을 포함하고,
    상기 시간 필터는 상기 입력 프레임 데이터와 상기 재구성된 프레임 데이터 사이의 블렌딩에 의해 상기 필터링된 프레임 데이터를 제공하는 것을 특징으로 하는 비디오 인코더.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 시간 필터가 상기 모션 처리 모듈에 제공되는 재구성된 프레임 데이터 또는 교대로 재구성된 프레임 데이터 중 어느 하나를 수신하게 하는 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 인코더.
  5. 모션 추정 모듈과 시간 필터로 인코딩될 입력 프레임 데이터를 수신하는 스텝,
    이전에 인코딩된 프레임을 수신하는 스텝,
    상기 이전에 인코딩된 프레임으로부터 재구성된 프레임 데이터를 생성하는 스텝, 및
    필터링된 프레임 데이터를 생성하도록 상기 재구성된 프레임 데이터와 상기 입력 프레임 데이터 사이에서 블렌딩을 수행하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 인코딩 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 인코딩될 입력 비디오 프레임 데이터를 수신하는 스텝,
    이전에 인코딩된 참조 프레임을 수신하는 스텝,
    모션 추정 및 모션 보상을 사용함으로써 상기 이전에 인코딩된 참조 프레임으로부터 모션 보상된 참조 프레임 데이터를 생성하는 스텝, 및
    필터링된 프레임 데이터를 생성하도록 상기 모션 보상된 참조 프레임 데이터와 상기 입력 비디오 프레임 데이터 사이에서 블렌딩을 수행하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 프레임의 비디오 인코딩 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 블렌딩은 화소 레벨까지 수행되는 것을 특징으로 하는 비디오 프레임의 비디오 인코딩 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 시간 필터는 상기 블렌딩의 강도 레벨을 결정하는 것을 특징으로 하는 비디오 인코더.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 블렌딩은 화소 레벨까지 수행되는 것을 특징으로 하는 비디오 인코더.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 잔여 오차 계산 모듈은 상기 입력 프레임 데이터를 더 수신하는 것을 특징으로 하는 비디오 인코더.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 잔여 오차 계산 모듈은 입력 프레임 데이터와 상기 모션 보상된 프레임 데이터 사이의 차이나 상기 필터링된 프레임 데이터와 상기 모션 보상된 프레임 데이터 사이의 차이 중 어느 하나에 근거하여 상기 잔여 오차 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 비디오 인코더.
  16. 제 5 항에 있어서,
    상기 블렌딩은 화소 레벨까지 수행되는 것을 특징으로 하는 비디오 인코딩 방법.
  17. 제 5 항에 있어서,
    상기 재구성된 프레임 데이터에 의거하여, 모션 추정 및 모션 보상된 프레임 데이터를 생성하는 단계,
    상기 입력 프레임 데이터와 상기 모션 추정 및 모션 보상된 프레임 데이터 사이의 차이나 상기 필터링된 프레임 데이터와 상기 모션 추정 및 모션 보상된 프레임 데이터 사이의 차이 중 어느 하나에 근거하여 잔여 오차 신호를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 인코딩 방법.
  18. 통합 시간 필터를 구비한 비디오 인코더로서,
    입력 프레임 데이터를 수신하는 입력부,
    인코딩된 프레임 데이터의 시퀀스를 제공하는 출력,
    인코딩된 프레임 데이터의 시퀀스로부터 인코딩된 프레임 데이터의 프레임을 수신해서 재구성된 프레임 데이터를 제공하는 프레임 재구성 모듈,
    입력 프레임 데이터와 재구성된 프레임 데이터를 수신해서 모션 보상된 프레임 데이터를 제공하는 모션 처리 모듈,
    상기 입력 프레임 데이터와 모션 보상된 프레임 데이터를 수신해서 필터링된 프레임 데이터를 생성하는 시간 필터,
    상기 모션 보상된 프레임 데이터와 상기 필터링된 프레임 데이터를 수신해서 잔여 오차 신호를 생성하는 잔여 오차 계산 모듈, 및
    상기 잔여 오차 신호를 수신해서 인코딩된 프레임 데이터의 시퀀스를 생성하는 코더 모듈을 포함하고,
    상기 시간 필터는 상기 입력 프레임 데이터와 상기 모션 보상된 프레임 데이터 사이의 블렌딩에 의해 상기 필터링된 프레임 데이터를 제공하는 것을 특징으로 하는 비디오 인코더.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 시간 필터는 상기 블렌딩의 강도 레벨을 결정하는 것을 특징으로 하는 비디오 인코더.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 블렌딩은 화소 레벨까지 수행되는 것을 특징으로 하는 비디오 인코더.
  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 잔여 오차 계산 모듈은 상기 입력 프레임 데이터를 더 수신하는 것을 특징으로 하는 비디오 인코더.
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