KR19980029966A - 내용기반으로 분할된 영상객체들의 스케러블 전송방법 - Google Patents

내용기반으로 분할된 영상객체들의 스케러블 전송방법 Download PDF

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
내용기반으로 분할된 영상객체들의 스케러블 전송방법
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
프레임당 전송데이터의 크기를 결정한후, 영상객체들의 전송 우선순위에 따라 선택, 전송하여 전송속도 변화의 영향이 최소화된 영상 품질을 얻을 수 있도록 하고자 함.
3. 발명의 해결방법의 요지
현재의 망 전송속도하에서 입력영상과 동일한 프레임율로 수신가능한 프레임당 전송데이타의 크기를 결정한 후, 이에 맞추어 영상객체들을 전송 우선순위에 따라 선택하여 전송하도록 함.
4. 발명의 중요한 용도
동영상 전송시스템에 이용됨.

Description

내용기반으로 분할된 영상객체들의 스케러블 전송방법
본 발명은 인터넷과 같이 채널의 전송속도가 시시각각으로 변하는 망에서 품질 좋은 동영상 서비스를 제공하기 위한 내용기반으로 분할된 영상객체들의 스케러블 전송방법에 관한 것이다.
일반적으로 동영상 부호화 방식은 내용을 기반으로 하여 부호화하는 것으로, 이는 장면에 나타나는 내용(예: 사람, 책상, 의자)을 영상객체로 분할한 후 영상객체별로 부호화하는 방식을 말하며, 부호화 및 복호화 과정은 다음의 도 1과 같다.
도 1은 본 발명이 적용되는 내용기반 부호화에 의한 동영상 전송시스템의 처리 구성도이다.
도면에 도시된 바와같이 동영상 전송시스템은 객체 A, B를 포함하여 입력되는 영상 프레임 시퀀스를 각 프레임에서 내용기반으로 분할하여(11), 여러 영상객체 시퀀스들 즉, 객체 A 시퀀스, 객체 B 시퀀스 및 배경의 객체 C 시퀀스를 얻고, 이들 영상객체 시퀀스들을 각각 부호화하며(12), 부호화된 영상객체 시퀀스들을 다중화하여(13), 한 개의 비트 스트림으로 만든후 전송망을 통해 전송한다(14).
상기 전송되는 비트스트림이 수신되면(15), 역다중화에 의해 여러개의 부호화된 영상객체 시퀀스들이 복원되고(16), 복호화에 의해 원래 영상객체 시퀀스들이 만들어진다(17). 그리고, 영상객체의 장면구성 정보인 시공간정보를 사용하여 장면을 구성한 후, 화면을 출력하므로써 입력영상 프레임 시퀀스가 복원된다(18).
그리고, 영상객체별 부호화는 예측 부호화에 의하며, 객체내에서 예측하는 I(Intra)타입, 시간의 순방향으로 예측하는 P(Predictive)타입, 그리고 시간의 쌍방향으로 예측하는 B(Bidirectionally Predictive)타입을 사용한다. I타입의 부호화는 자신의 정보만을 사용하여 부호화하는 방식이고, P타입은 과거의 I 혹은 P타입 영상객체 1개를 사용하여 부호화하는 방식이며, 그리고 B타입은 과거와 미래에 있는 I 혹은 P타입 영상객체 2개를 사용하여 부호화하는 방식이다.
또한, 영상객체의 부호화는 I타입, P타입, 그리고 B타입들의 일정한 패턴이 반복함을 가정한다. 예를들면, IPBBP...IPBBP...IPBBP 방식으로 부호화한다. 이때 일정한 패턴의 영상객체들의 모임을 GOP(Group Of Pictures)라 한다.
그런데, 인터넷과 같이 불규칙한 전송트래픽의 영향으로 채널의 전송속도가 시시각각으로 변하는 전송망에서는 주문형 비디오 서비스(Video on Demand)와 같은 동영상 서비스를 실시할 경우 망의 전송속도 변화에 의해 서비스 품질이 저하되는 문제점이 있었다.
따라서, 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 극복하기 위해 안출된 본 발명은 입력영상과 동일한 프레임율로 영상 비트스트림을 수신하기 위해 프레임당 전송데이터의 크기를 결정한후, 영상객체들의 전송 우선순위에 따라 선택, 전송하여 전송속도 변화의 영향이 최소화된 영상 품질을 얻을 수 있도록 된 내용기반으로 분할된 영상객체들의 스케러블 전송방법을 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명이 적용되는 내용기반 부호화에 의한 동영상 전송시스템의 처리 구성도,
도 2는 본 발명이 적용된 내용기반 부호화에 의한 동영상 스케러블 전송시스템의 처리 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 배경 보상방식의 예시도,
도 4는 본 발명에 따른 전송 우선순위를 결정하기 위한 영상객체의 배열 예시도,
도 5는 본 발명에 따른 영상객체들의 스케이러블 전송 흐름도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
21 : 동일한 배경을 가진 서브시쿼스 초기화부
12 : 부호화부13 : 다중화부
24 : 스케러블 전송부15 : 수신부
16 : 역다중화부17 : 부호화부
18 : 장면구성 및 화면출력부
TxSet : 전송될 영상객체들의 집합
TxSetSize : TxSet의 구성원 수
TxRate : 현재 전송율
Object(j) : 전송순위가 j인 영상객체
ObjSize(j) : Object(j)의 데이터량
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 내용기반으로 분할된 영상객체들의 스케러블 전송방법은 영상프레임 시퀀스를 동일한 배경을 가진 서브시퀀스로 나누는 초기화부, 영상객체별로 부호화하는 부호화부, 부호화된 영상객체 비트스트림을 다중화하는 다중화부, 다중화된 영상객체 비트스트림을 스케러블하게 전송하는 스케러블 전송부, 전송된 비트스트림을 수신하는 수신부, 역다중화하는 역다중화부, 영상객체별로 복호화하는 복호화부, 복호화된 영상객체들을 사용하여 장면을 구성하고 화면을 출력하는 장면구성 및 화면 출력부를 구비하는 스케러블 전송시스템에 적용되는 내용기반으로 분할된 영상객체들의 스케러블 전송방법에 있어서, 전송될 영상객체들의 집합(이하, TxSet라 칭함)은 보상된 배경객체와 프레임 0에 속하는 영상객체들로 구성하고, i는 1로 설정하는 제 1 단계; 상기 TxSet를 전송하는데 이 TxSet이 동영상 시퀀스의 마지막 부분인가를 확인하여 마지막 부분이면 종료하고, 그렇지 않으면 상기 TxSet 전송에 의한 전송허용 데이터양을 계산하는 제 2 단계: i번째 영상객체 평가그룹을 구성하여 구성원들의 전송순위를 결정하고 TxSet은 공집합, j = 1, TxSet의 구성원의 수는 0으로 정하는 제 3 단계: TxSet의 구성원의 수와 전송순위가 j인 영상객체를 더한값이 영상객체 평가그룹의 전송데이타 크기(egs)보다 작거나 같은지를 비교하는 제 4 단계: 상기 비교 후, TxSet의 구성원 수(TxSetSize)와 전송순위가 j인 영상객체(Object(j))를 더한값이 영상객체 평가그룹의 전송데이타 크기(egs)보다 작거나 같으면 TxSet의 구성원 수를 갱신하여 Object(j)가 i 번째 영상객체 평가그룹의 마지막 구성원인가를 확인하는 제 5 단계; 및 상기 Object(j)가 i 번째 영상객체 평가그룹의 마지막 구성원이 아니면 j를 j+1로 갱신한 후 상기 제 4 단계로 복귀하고, 상기 Object(j)가 i 번째 영상객체 평가그룹의 마지막 구성원이거나, 상기 4 단계 수행 후, TxSet의 구성원 수(TxSetSize)와 전송순위가 j인 영상객체(Object(j))를 더한값이 영상객체 평가그룹의 전송데이타 크기(egs)보다 크면 i를 i+1로 갱신하여 상기 제 2 단계로 복귀하는 제 6 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명이 적용된 내용기반 부호화에 의한 동영상 스케러블 전송시스템의 처리 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 배경 보상방식의 예시도이다.
도면에 도시된 바와같이 본 발명이 적용된 동영상 스케러블 전송방식은 입력 영상 프레임을 도 1과 같이 내용기반으로 분할한 후, 본 발명에 따라 각 프레임의 각 영상객체마다 전송우선등급을 지정하고 배경객체를 도 3과 같이 보상한다.
그리고, 영상객체 시퀀스들은 도 1과 같이 각각 부호화되고 다중화된 다음 본 발명에 따라 다중화된 영상객체 비트스트림을 스케러블하게 전송되며, 나머지 진행과정은 도 1의 방식과 같다.
즉, 본 발명에 따른 동영상 스케러블 전송시스템은 영상프레임 시퀀스를 동일한 배경을 가진 서브시퀀스로 나누어 초기화(내용별 영상객체 분할/전송우선등급 지정/배경 보상)하는 부분(21), 영상객체별로 부호화하는 부분(12), 부호화된 영상객체 비트스트림을 다중화하는 부분(13), 다중화된 영상객체 비트스트림을 스케러블하게 전송하는 부분(24), 전송된 비트스트림을 수신하는 부분(15), 역다중화하는 부분(16), 영상객체별로 복호화하는 부분(17), 그리고 복호화된 영상객체들을 사용하여 장면을 구성하고 화면을 출력하는 부분(18)으로 되어있다.
그중 본 발명에 관련된 것은 영상프레임 시퀀스를 동일한 배경을 가진 서브시퀀스로 나누어 초기화하는 부분(21), 그리고 다중화된 영상객체 비트스트림을 스케러블하게 전송하는 부분(24)으로 그에 대한 핵심내용은 다음과 같다.
수신측에서 입력영상과 동일한 프레임율로 화면을 출력하기 위해서는, 입력영상과 동일한 프레임율로 영상 비트스트림을 수신해야 한다. 이를위해 현재의 망 전송속도하에서 입력영상과 동일한 프레임율로 수신가능한 프레임당 전송데이타의 크기를 결정한 후, 이에 맞추어 영상객체들을 전송 우선순위에 따라 선택, 전송한다.
따라서 전송속도의 변화에 따라 프레임당 전송데이타의 크기는 스케이러블(scalable)하게 변하지만, 전송프레임율은 입력영상 프레임율과 동일하게 유지된다. 그리고 전송 우선순위에 따라 영상객체들이 전송되므로 장면의 중요정보는 잃어버리지 않고 수신된다. 따라서 수신측에서는 전송속도 변화의 영향이 최소화된 영상 품질을 얻을 수 있다. 본 발명의 자세한 내용은 다음과 같다.
먼저, 영상프레임 시퀀스를 동일한 배경을 가진 서브시퀀스들로 나누고, 영상프레임에서 내용(예: 사람A, 사람B, 책상, 의자)별로 영상객체들을 분할한다. 이때 같은 내용의 객체는 동일한 ID(Identification)번호를 부여한다. 예를들면 프레임 t 에서의 책상이 영상객체 A라면 프레임 t+s의 책상도 영상객체A가 된다.
그리고, 분할된 영상객체의 전송우선 등급을 지정하는데, 그 등급은 1등급, 2등급, 3등급으로 구분되나, 응용에 따라 등급수를 줄이거나 늘일수 있다. 따라서, 높은 전송우선 등급에 속한 영상객체는 낮은 전송우선등급의 영상객체보다 우선적으로 전송된다.
상기 전송우선 등급은 영상객체의 내용, 중요도 및 움직임 특성등에 따라 자동적으로 혹은 사용자에 의해 직접 지정될 수 있다. 예를들면, 영상객체들의 움직임 크기 순위로 전송우선 등급을 자동적으로 지정할 수 있다.
다음은 각 서브시퀀스에 대한 배경의 보상인데, 동일한 배경을 갖는 영상프레임 서브시퀀스에서 배경은 영상객체들로 인해 일부가 가리워져 있다. 그러므로, 배경과 영상객체를 분리하면, 배경중 영상객체가 존재했던 부분의 정보는 상실하게 된다. 따라서 서브시퀀스에 있는 모든 배경객체들을 합집합으로 연산하면 상기 도 3과 같이 정보를 상실한 부분이 최소화된 배경을 얻을 수 있다. 이 보상된 배경은 시간상에서 임의로 선택된 장면구성 영상객체들을 통해 화면을 복원하여도 배경과 영상객체들사이에서 정보를 상실한 영역이 생기지 않게 한다.
도 4는 본 발명에 따른 전송 우선순위를 결정하기 위한 영상객체의 배열 예시도이다.
도면에 도시된 바와 같이 장면을 구성하는 각 영상객체의 GOP(Group of Pictures) 길이(구성원 수)의 최소 공배수의 프레임들에 속하는 영상객체들의 집합(이하, 영상객체 평가그룹이라 칭함)을 만드는데, 여기서 영상객체 A, B, C의 GOP길이는 4이고 영상객체 D의 GOP길이는 2이므로, 영상객체 평가그룹에 대응하는 프레임 수는 4가 된다.
또한, 상기 영상객체 평가그룹내에서 각 영상객체의 전송 우선순위를 결정하는데, 그 결정방법은, 전송우선등급이 높은 영상객체부터, 같은 우선등급에서는, I타입, P타입, B타입 순으로, 전송우선순위를 결정한다. 예를들면 영상객체 평가그룹 j의 영상객체 B 시퀀스에 있는 객체들은 전송 우선등급이 3등급이므로 1등급과 2등급의 영상객체들보다는 전송순위가 낮아서 전송 우선순위는 9부터 시작하며, I타입, P타입, B타입 순으로 12까지 순위가 결정된다.
그리고, 영상객체들의 스케이러블(scalable) 전송은 동일한 배경을 가진 서브시퀀스별로 도 5와 같이 이루어 지며 구체적인 설명은 다음과 같다.
도 5는 본 발명에 따른 영상객체들의 스케이러블 전송 흐름도로서, TxSet는 전송될 영상객체들의 집합, TxSetSize는 TxSet의 구성원 수, TxRate는 현재 전송율, Object(j)는 전송순위가 j인 영상객체, ObjSize(j)는 Object(j)의 데이터량을 각각 나타낸다.
도면에 도시된 바와 같이 전송될 영상객체들의 집합(이하, TxSet라 칭함)은 보상된 배경객체와 프레임 0에 속하는 영상객체들로 구성하고, i는 1로 설정하여(501), 상기 TxSet를 전송하는데(502), 이 TxSet이 동영상 시퀀스의 마지막 부분인가를 확인하여(503), 마지막 부분이면 종료하고, 그렇지 않으면 상기 TxSet 전송에 의한 현재 전송율(TxRate)을 계산한다(504).
그리고, 현재의 전송속도하에서 프레임당 데이터 크기를 통해 입력영상과 동일한 프레임율로 수신될 수 있는 영상객체 평가그룹의 전송데이타 크기(egs)를 계산한다(505). 그 계산식은 다음과 같다.
(egs : 영상객체 평가그룹의 전송데이타 크기, txrate : 현재 전송율, frate : 입력영상 프레임율, n : 영상객체 평가그룹에 대응하는 프레임 수)
이제, i번째 영상객체 평가그룹을 구성하여 구성원들의 전송순위를 결정하고(506), TxSet은 공집합, j = 1, TxSetSize는 0으로 정하여(507), TxSetSize와 Object(j)를 더한값이 영상객체 평가그룹의 전송데이타 크기(egs)보다 작거나 같은지를 비교한다(508).
비교 후, TxSet의 구성원 수(TxSetSize)와 전송순위가 j인 영상객체(Object(j))를 더한값이 영상객체 평가그룹의 전송데이타 크기(egs)보다 크면 i를 i+1로 갱신하여(512), 상기 TxSet를 전송하는 단계(502)로 복귀하며, 작거나 같으면 상기 전송순위가 j인 영상객체를 Txset에 첨가하고 TxSet의 구성원 수를 전송순위가 j인 영상객체의 데이터량을 더한 값으로 갱신한다(509).
그리고, Object(j)가 i 번째 영상객체 평가그룹의 마지막 구성원인가를 확인하여(510), 마지막 구성원이 아니면 j를 j+1로 갱신한 후(511), 상기 TxSetSize와 Object(j)를 더한값이 영상객체 평가그룹의 전송데이타 크기(egs)보다 작거나 같은지를 비교하는 단계(508)로 복귀하고, 마지막 구성원이면 i를 i+1로 갱신하여 상기 TxSet를 전송하는 단계(502)로 복귀한다.
이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로, 전술한 실시예 및 도면에 한정되는 것이 아니다.
상기한 바에 의하면 본 발명은 인터넷처럼 전송속도의 변화가 큰 전송망을 통한 비디오서비스(예를 들면 주문형 비디오 서비스)에 적용하여 전송속도의 변화에도 불구하고 입력영상과 동일한 프레임율로 영상 비트스트림을 수신할 수 있으므로, 수신측에서 입력영상과 동일한 프레임율과 화면크기로 동영상을 출력할 수 있고, 영상객체들이 우선순위에 따라 전송되므로 장면의 중요 정보가 우선적으로 전달되어 수신측에서는 전송속도 변화의 영향이 최소화된 영상 품질을 얻을 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 영상프레임 시퀀스를 동일한 배경을 가진 서브시퀀스로 나누는 초기화부, 부호화부, 다중화부, 다중화된 영상객체 비트스트림을 스케러블하게 전송하는 스케러블 전송부, 수신부, 역다중화부, 복호화부, 장면구성 및 화면 출력부를 구비하는 스케러블 전송시스템에 적용되는 내용기반으로 분할된 영상객체들의 스케러블 전송방법에 있어서,
    전송될 영상객체들의 집합(이하, TxSet라 칭함)은 보상된 배경객체와 프레임 0에 속하는 영상객체들로 구성하고, i는 1로 설정하는 제 1 단계;
    상기 TxSet를 전송하는데 이 TxSet이 동영상 시퀀스의 마지막 부분인가를 확인하여 마지막 부분이면 종료하고, 그렇지 않으면 상기 TxSet 전송에 의한 전송허용 데이터양을 계산하는 제 2 단계:
    i번째 영상객체 평가그룹을 구성하여 구성원들의 전송순위를 결정하고 TxSet은 공집합, j = 1, TxSet의 구성원의 수는 0으로 정하는 제 3 단계:
    TxSet의 구성원의 수와 전송순위가 j인 영상객체를 더한값이 영상객체 평가그룹의 전송데이타 크기(egs)보다 작거나 같은지를 비교하는 제 4 단계:
    상기 비교 후, TxSet의 구성원 수(TxSetSize)와 전송순위가 j인 영상객체(Object(j))를 더한값이 영상객체 평가그룹의 전송데이타 크기(egs)보다 작거나 같으면 TxSet의 구성원 수를 갱신하여 Object(j)가 i 번째 영상객체 평가그룹의 마지막 구성원인가를 확인하는 제 5 단계; 및
    상기 Object(j)가 i 번째 영상객체 평가그룹의 마지막 구성원이 아니면 j를 j+1로 갱신한 후 상기 제 4 단계로 복귀하고, 상기 Object(j)가 i 번째 영상객체 평가그룹의 마지막 구성원이거나, 상기 4 단계 수행 후, TxSet의 구성원 수(TxSetSize)와 전송순위가 j인 영상객체(Object(j))를 더한값이 영상객체 평가그룹의 전송데이타 크기(egs)보다 크면 i를 i+1로 갱신하여 상기 제 2 단계로 복귀하는 제 6 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내용기반으로 분할된 영상객체들의 스케러블 전송방법.
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