KR19980037126A - 전방예측부호화방법 및 그 장치 - Google Patents

전방예측부호화방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

개시된 내용은 전방예측에 의한 동화상 부호화시 전프레임과 전전프레임에서 움직임벡터를 구하여 보다 압축효율을 높일 수 있도록 한 전방예측부호화방법 및 그 장치에 관한 것이다. 본 발명은 입력되는 현재프레임과 이전프레임을 사용하여 현재프레임의 매크로블록단위 화상데이타 각각에 대한 움직임 추정을 하여 움직임벡터를 구하고, 그 움직임벡터에 의한 움직임보상에러가 미리 정한 문턱값 이상이면 전전프레임을 사용하여 움직임 추정하여 움직임벡터를 구하고, 그 움직임벡터에 의한 움직임보상에러와 비교하여 작은 값의 움직임보상에러에 해당하는 움직임벡터를 최종 선택하여 부호화한다. 따라서, 본 발명은 중복적 움직임이 많은 동화상에 대한 압축효율을 보다 높일 수 있는 효과를 제공한다.

Description

전방예측부호화방법 및 그 장치
본 발명은 전방예측(Predictive)에 의한 동화상 부호화시스템에 관한 것으로서, 특히 현재프레임에 대해 시간적으로 전에 위치한 두 프레임을 이용하여 보다 정확한 움직임벡터를 구하여 부호화할 수 있도록 한 전방예측부호화방법 및 그 장치에 관한 것이다.
최근 들어 MPEG(Moving Picture Experts Group)-Ⅳ와 같이 영상전화 또는 화상회의시스템등에서의 응용을 목적으로 동영상을 매우 낮은 비트율(low bit rate)로 부호화하는 동영상압축기술에 대한 국제 표준화 작업이 활발히 진행되고 있다. MPEG-Ⅳ는 64kbps 이하의 저속 전송 채널을 사용하여 동영상을 전송하기 때문에 동영상의 고압축이 필수적이다. 이를 위하여 시간축방향의 용장도(redundancy)를 줄이기 위한 움직임 보상을 행하여 화상간의 차분을 취하고, 이 후 공간축방향의 중복성을 줄일기 위해 이산여현변환(DCT)과 가변장부호화를 사용하고 있다. 즉, 일반적으로 연속된 동화상에서는 전후의 화상과 현재의 화상과는 거의 유사하다. 따라서, 현재 부호화하려는 화상과 P 화상(전방예측화상)에서는 시간적으로 전방의 화상과 차분을, 또는 B 화상(양방향예측화상)에서는 시간적으로 전방, 후방 또는 전방과 후방에서 만들어진 보간화상과의 차분을 취하여, 이 차분치를 부호화하여 전송하는 방법으로 시간축방향의 용장도를 줄여서 전송하는 정보량을 작게 하고 있다. 단, 같은 위치의 차분을 취할 뿐만 아니라 움직임 보상을 사용한다. 이는 16×16화소의 블록단위로 앞의 화상과 이 블록위치의 근방차분에서 차분이 최소가 되는 점을 탐색하여 이와의 차분을 취하는 방법으로 전송해야 할 정보량을 더욱 더 감소시키는 수법을 말한다. 실제로는 P 화상에서는 움직임 보상후의 예측화상과의 차분을 취한 것과 차분을 취하지 않은 것의 두가지 중에서 데이타량이 적은 것을 16×16 블록(매크로블록)단위로 선택하여 부호화한다.
하지만, 영상전화 또는 화상회의시스템에 채용되는 소프트웨어(S/W)적인 비디오코덱(Video Codec)에서는 실제 이미지를 부호화할 때 프레임간격이 무척 크고, 움직임이 매우 큰 반면에 중복적 움직임이 많다.
따라서, 본 발명의 목적은 이전 프레임에서만 움직임벡터를 찾는 것 보다 전전프레임에서도 움직임벡터를 찾아 두 움직임벡터중에서 움직임보상에러가 작은 움직임벡터를 선택하므로써 압축효율을 높일 수 있도록 한 전방예측부호화방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 전술한 전방예측부호화방법을 하드웨어로 구현하기 위한 장치를 제공함에 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전방예측부호화장치를 나타내는 구성도,
도 2는 도 1 장치의 전방예측부호화에서 움직임벡터를 구하는 과정을 설명하기 위한 도면.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 비디오입력기 12 : 감산기
13 : 제어기 14 : 부호화기
15 : 가산기 16 : 프레임메모리
17 : 움직임예측기
이와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 전방예측부호화방법은 현재 부호화하려는 화상과 시간적으로 전방의 화상과 움직임 보상을 행하여 화상간의 차분을 취하고, 이 차분치를 부호화하여 전송하는 전방예측부호화방법에 있어서, (1) 입력되는 현재프레임에 대해 시간적으로 앞에 위치하여 이미 복호화된 복수개의 프레임을 저장하는 단계와, (2) 입력되는 현재프레임과 상기 저장된 복수개의 프레임중 이전프레임을 사용하여 현재프레임의 매크로블록단위 화상데이타들 각각에 대한 움직임을 추정하여 움직임벡터를 구하는 단계와, (3) 상기 구한 움직임벡터에 의한 움직임보상에러를 미리 설정한 문턱값과 비교하는 단계와, (4) 상기 비교결과에 따라 입력되는 현재프레임과 상기 저장된 복수개의 프레임중 전전프레임을 사용하여 현재프레임의 매크로블록단위 화상데이타들 각각에 대한 움직임을 추정하여 움직임벡터를 구하는 단계, 및 (5) 상기 구한 복수개의 움직임벡터 각각에 의한 움직임보상에러를 비교하여 에러값이 작은 움직임벡터를 선택하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전방예측부호화장치는 현재 부호화하려는 화상과 시간적으로 전방의 화상과 움직임 보상을 행하여 화상간의 차분을 취하고, 이 차분치를 부호화하여 전송하는 전방예측부호화장치에 있어서, 입력되는 현재프레임에 대해 시간적으로 앞에 위치하여 이미 복호화된 복수개의 프레임을 저장하기 위한 프레임메모리와, 입력되는 현재프레임과 상기 프레임메모리에 저장된 복수개의 프레임중 이전프레임 또는 전전프레임을 사용하여 현재프레임의 매크로블록단위 화상데이타들 각각에 대한 움직임을 추정하여 움직임벡터를 구하고, 그 움직임벡터에 의해 지정되는 기준매크로블록의 화상데이타를 상기 프레임메모리로부터 읽어내는 움직임예측기와, 입력되는 현재프레임의 매크로블록단위 화상데이타로부터 상기 움직임예측기로부터 인가되는 대응 화상데이타를 감산하고, 감산에 의해 얻어진 차분값을 움직임보상에러로 출력하는 감산기, 및 상기 감산기로부터 이전프레임을 사용하여 구한 움직임벡터에 의한 움직임보상에러를 입력받아 미리 설정한 문턱값과 비교하여 움직임보상에러가 문턱값 이상이면 상기 움직임예측기에서 전전프레임을 사용하여 움직임벡터를 구하도록 제어하고, 상기 감산기로부터 전전프레임을 사용하여 구한 움직임벡터에 의한 움직임보상에러를 입력받아 두 움직임보상에러를 비교하여 에러값이 작은 움직임보상에러에 해당하는 움직임벡터를 선택하는 제어기를 포함한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 기술하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 전방예측부호화장치를 나타내는 구성도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 장치는 카메라 등의 비디오입력기(11)와, 입력되는 현재프레임에 대해 이전프레임 내지 전전프레임을 사용하여 움직임추정 및 움직임보상하는 움직임예측기(17)를 구비하고 있다. 비디오입력기(11)와 움직임예측기(17) 사이에는 입력되는 현재프레임의 화상신호와 움직임보상된 화상신호간의 차분 즉, 움직임보상에러를 구하는 감산기(12)가 연결된다. 감산기(12)에는 움직임보상에러를 미리 설정한 문턱값과 비교하여 움직임벡터를 선택하는 제어기(13)가 연결된다. 제어기(13)에는 움직임보상에러를 부호화하여 부호화된 데이타를 출력하고, 이를 부호화하기 이전상태로 복원하는 부호화기(14)가 연결된다. 부호화기(14)에는 복원된 데이타를 움직임예측기(17)의 출력에 가산하여 복원된 이전프레임을 생성하는 가산기(15)가 연결된다. 가산기(15)에는 복원된 이전프레임과 전전프레임을 저장하고 있는 프레임메모리(16)가 연결되도록 구성된다.
이와 같이 구성된 본 발명의 전방예측부호화장치에 대한 동작을 도 2를 참조하여 좀더 구체적으로 설명한다.
도 2는 도 1 장치의 전방예측부호화에서 움직임벡터를 구하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 카메라 등의 비디오입력기(11)에서 촬영된 프레임단위의 동화상신호는 감산기(12)로 입력됨과 아울러 움직임예측기(17)로 입력된다. 움직임예측기(17)는 비디오입력기(11)로부터 입력되는 현재화상(도 2의 N프레임 참조)과 프레임메모리(16)에 저장된 제 1기준화상(도 2의 N-1프레임 참조)을 사용하여 현재화상의 매크로블록단위 화상데이타들 각각에 대한 움직임을 추정한다. 여기서, 프레임메모리(16)는 현재화상(N프레임)에 대해 시간적으로 앞선 복수개의 이전화상들(N-2프레임,N-1프레임)을 기준화상으로 저장한다. 움직임예측기(17)는 프레임들간의 상관성에 근거하여 움직임추정이 이루어지도록 한다. 즉, 움직임예측기(17)는 제 1기준화상(N-1프레임)의 일부가 되는 검색영역내에서 비교에 사용된 현재 매크로블록의 화상데이타와 거의 동일한 화상정보를 갖는 기준매크로블록을 찾은 다음, 현재매크로블록과 기준매크로블록간의 공간적인 위치차이를 나타내는 움직임벡터(MV1)를 발생한다. 그런 다음, 움직임예측기(17)는 그 움직임벡터(MV1)에 의해 지정되는 기준매크로블록의 화상정보를 프레임메모리(16)로부터 읽어내어 감산기(12)로 출력한다. 감산기(12)는, 차분펄스부호변조를 위하여, 입력되는 현재화상의 화상데이타로부터 움직임예측기(17)로부터 인가되는 대응 화상데이타를 감산하고 감산에 의해 얻어진 차분값을 제어기(13)로 출력한다. 제어기(13)는 감산기(12)로부터 인가되는 차분값 즉, 움직임보상에러를 미리 설정한 문턱(threshold)값과 비교하여 움직임보상에러가 문턱값보다 작으면 그 차분값을 부호화기(14)로 출력하고, 그때의 움직임벡터를 현재매크로블록에 대한 움직임벡터로 선택한다. 제어기(13)는 움직임보상에러가 문턱값 이상이면 움직임예측기(17)에서 전전프레임을 이용하여 움직임추정 및 움직임보상하도록 제어한다. 움직임예측기(17)는 제어기(13)의 제어에 따라 비디오입력기(11)로부터 입력되는 현재화상과 프레임메모리(16)에 저장된 전전프레임 즉, 제 2기준화상(도 2의 N-2프레임 참조)을 사용하여 현재화상의 매크로블록 화상데이타들 각각에 대한 움직임을 추정하여 움직임벡터(MV2)를 구한다. 즉, 도 2에서 보면, N번째 현재프레임내의 현재 매크로블록과 거의 동일한 정보를 갖는 매크로블록을 N-1번째 이전프레임의 검색영역(search range)내에서 찾아 그 공간적 위치의 차이를 움직임벡터(MV1)로 구하며, N-2번째 전전프레임의 검색영역내에서도 현재 매크로블록과 거의 동일한 정보를 갖는 매크로블록을 찾아 움직임벡터를 구한다. 그런 다음, 움직임예측기(17)는 그 움직임벡터(MV2)에 의해 지정되는 기준매크로블록의 화상정보를 프레임메모리(16)로부터 읽어내어 감산기(12)로 출력한다. 감산기(12)는 입력되는 현재화상의 화상데이타로부터 움직임예측기(17)로부터 인가되는 대응 화상데이타를 감산하고 감산에 의해 얻어진 차분값을 제어기(13)로 출력한다. 제어기(13)는 감산기(12)로부터 인가되는 차분값 즉, 전전프레임을 이용하여 구한 움직임보상에러와 이전프레임을 이용하여 구한 움직임보상에러를 비교하여 그중 에러값이 작은 움직임보상에러에 해당하는 움직임벡터를 선택하고, 그 차분값을 부호화기(14)로 출력한다. 부호화기(14)는 제어기(13)를 통해 입력되는 프레임간의 차분값을 부호화하여 부호화된 데이타를 출력하고, 그 부호화된 데이타를 부호화하기 이전상태로 복원하여 가산기(15)로 출력한다. 가산기(15)는 움직임예측기(17)에서 출력되는 움직임보상된 화상데이타와 부호화기(15)에서 출력되는 복원된 데이타를 가산하여 이전프레임을 복원하고, 이를 프레임메모리(16)에 저장한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 전방예측부호화방법 및 그 장치에 관한 것으로 이전 프레임뿐만 아니라 전전프레임을 이용하여 움직임추정하므로써 중복적 움직임이 많은 경우에 대해 이전프레임만을 이용하여 움직임 추정하는 것 보다 압축효율을 높일 수 있는 효과를 갖는다.

Claims (5)

  1. 현재 부호화하려는 화상과 시간적으로 전방의 화상과 움직임 보상을 행하여 화상간의 차분을 취하고, 이 차분치를 부호화하여 전송하는 전방예측부호화방법에 있어서,
    (1) 입력되는 현재프레임에 대해 시간적으로 앞에 위치하여 이미 복호화된 복수개의 프레임을 저장하는 단계;
    (2) 입력되는 현재프레임과 상기 저장된 복수개의 프레임중 이전프레임을 사용하여 현재프레임의 매크로블록단위 화상데이타들 각각에 대한 움직임을 추정하여 움직임벡터를 구하는 단계;
    (3) 상기 구한 움직임벡터에 의한 움직임보상에러를 미리 설정한 문턱값과 비교하는 단계;
    (4) 상기 비교결과에 따라 입력되는 현재프레임과 상기 저장된 복수개의 프레임중 전전프레임을 사용하여 현재프레임의 매크로블록단위 화상데이타들 각각에 대한 움직임을 추정하여 움직임벡터를 구하는 단계; 및
    (5) 상기 구한 복수개의 움직임벡터 각각에 의한 움직임보상에러를 비교하여 에러값이 작은 움직임벡터를 선택하는 단계를 포함하는 전방예측부호화방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 (4) 단계는 상기 제 (3) 단계의 비교결과 움직임보상에러가 미리 설정한 문턱값 이상이면 전전프레임을 사용하여 움직임 추정하는 것을 특징으로 하는 전방예측부호화방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 제 (4) 단계는 상기 제 (3) 단계의 비교결과 움직임보상에러가 미리 설정한 문턱값보다 작으면 그 에러값을 부호화하고, 그에 해당하는 움직임벡터를 선택하는 것을 특징으로 하는 전방예측부호화방법.
  4. 현재 부호화하려는 화상과 시간적으로 전방의 화상과 움직임 보상을 행하여 화상간의 차분을 취하고, 이 차분치를 부호화하여 전송하는 전방예측부호화장치에 있어서,
    입력되는 현재프레임에 대해 시간적으로 앞에 위치하여 이미 복호화된 복수개의 프레임을 저장하기 위한 프레임메모리;
    입력되는 현재프레임과 상기 프레임메모리에 저장된 복수개의 프레임중 이전프레임 또는 전전프레임을 사용하여 현재프레임의 매크로블록단위 화상데이타들 각각에 대한 움직임을 추정하여 움직임벡터를 구하고, 그 움직임벡터에 의해 지정되는 기준매크로블록의 화상데이타를 상기 프레임메모리로부터 읽어내는 움직임예측기;
    입력되는 현재프레임의 매크로블록단위 화상데이타로부터 상기 움직임예측기로부터 인가되는 대응 화상데이타를 감산하고, 감산에 의해 얻어진 차분값을 움직임보상에러로 출력하는 감산기; 및
    상기 감산기로부터 이전프레임을 사용하여 구한 움직임벡터에 의한 움직임보상에러를 입력받아 미리 설정한 문턱값과 비교하여 움직임보상에러가 문턱값 이상이면 상기 움직임예측기에서 전전프레임을 사용하여 움직임벡터를 구하도록 제어하고, 상기 감산기로부터 전전프레임을 사용하여 구한 움직임벡터에 의한 움직임보상에러를 입력받아 두 움직임보상에러를 비교하여 에러값이 작은 움직임보상에러에 해당하는 움직임벡터를 선택하는 제어기를 포함하는 전방예측부호화장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 제어기는 이전프레임을 사용하여 구한 움직임벡터에 의한 움직임보상에러가 문턱값보다 작으면 그 움직임벡터를 선택하는 것을 특징으로 하는 전방예측부호화장치.
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