KR19980070842A - 디지탈 신호 부호화 방법 및 장치 - Google Patents

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KR19980070842A
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이데이노부유키
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Abstract

본 발명은 기록 매체로의 신호의 기록이 예를 들면, 외부 충격으로 인해 일시적으로 억제되거나 방송 또는 통신에 의한 신호의 전송이 불만족스런 통신 상태로 인해 일시적으로 억제될지라도 전송 버퍼(엔코더 버퍼)가 오버플로하지 않는 디지탈 신호 부호화 방법 및 장치를 제공한다. 비디오 신호를 부호화하여 얻은 비트 스트림을 광 디스크에 기록할 때 예를 들면, 외부 충격으로 인해 광 디스크로의 기록이 일시적으로 억제되고 엔코더로부터의 데이타의 출력이 인터럽트되는 경우, 부호화 비트는 낮아진다. 따라서, 엔코더 버퍼의 오버플로를 방지할 수 있다.

Description

디지탈 신호 부호화 방법 및 장치
본 발명은 부호화된 신호를 수신부에 전송할 수 있도록, 시스템의 전송측이 가변 비트 레이트로 디지탈 신호를 만족하게 부호화함에 의해 디지탈 신호를 부호화하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
대량 정보를 갖는 디지탈 비디오 신호가 부족한 저장 용량을 갖는 소형 기록 매체에 오랫동안 기록되어 있는 경우나, 전술한 유형의 디지탈 비디오 신호가 한정된 용량만을 갖는 전송로(transmission passage)로 복수의 채널을 통해 전송되는 경우, 디지탈 비디오 신호를 효과적으로 부호화할 수 있는 수단이 요구된다.
도 1은 복수의 영상(화상)으로 이루어며 디지탈 신호의 일례로서 간주되는 비디오 영상 신호를 압축하고 부호화하는 시스템의 구성을 도시하는 블록도이다. 그때, 압축되고 부호화된 비디오 신호는 기록 매체의 일례로서 간주된 광 디스크에 기록된다.
도 1을 참조하면, 단자(201)에 비디오 신호(S31)가 공급되고, 단자(201)에 비디오 신호(S31)가 부호화되는 부호화 비트 레이트(Renc)가 공급된다. 레이트 제어기(209)는 부호화 비트 레이트(Renc)에 따라 부호화되어야하는 공급된 화상의 필요한 비트량(S35)을 지정한다. 비디오 엔코더(202)는 상기 필요한 비트량이 부호화되어야하는 필요한 비트량(S35)으로 간주되는 방식으로 공급된 화상을 부호화한다. 부호화 동작에 기인하여 실현된 실제의 비트량(S36)은 레이트 제어기(209)에 전달된다. 비디오 엔코더(202)에 의해 실행된 압축 및 부호화 동작의 결과로 얻어진 부호화된 비트 스트림(S32)은 전송 버퍼(이하 엔코더 버퍼)(203)에 공급된다. 엔코더 버퍼(203)는 소정의 비트 레이트(Renc)로 비트 스트림을 출력하기 위해 각각 공급된 화상의 발생된 부호량의 변화를 평활화(平滑化)한다. 엔코더 버퍼(203)로부터 판독된 비트 스트림(S33)은 멀티플렉서(204)에 공급된다. 전술한 것이 설명상 생략되었을 지라도, 예를 들면 오디오 신호와 같은 압축 및 부호화로 얻은 또다른 부호호된 비트 스트림은 멀티플렉서(204)에 공급된다. 멀티플렉서(204)는 1개의 비트 스트림이 구성되도록하는 시분할 방식으로, 공급된 복수의 비트 스트림을 다중화한다. 오류 정정 부호는 ECC 엔코더(205)에 의해, 멀티플렉서(204)로부터 전송된 비트 스트림에 부가되고, 그후에 비트 스트림은 변조 회로(206)에 전송된다. ECC 엔코더(205)는 ECC 엔코더(205)의 출력을 소정의 변조 과정, 예를 들면 8-14 변조로 위임한다. 변조 회로(206)의 출력은 신호(S34)가 광 디스크(208)에 기록되도록 기록 헤드(207)로 전송된다. 도 1에 도시된 시스템이 휴대용 장치인 경우, 광 디스크(208)에 신호(S34)를 기록하는 기록 헤드(207)의 동작 동안, 외부 충격등은 기록 헤드(207)가 광 디스크(208)에 신호(S34)를 기록하는 것을 일시적으로 불가능하게 한다.
전술한 경우에, 엔코더 버퍼(203)로부터 데이타(S33)를 판독(전송)하는 동작은 인터럽트된다. 엔코더 버퍼(203)에 비트 레이트(Renc)로 데이타(S32)의 공급이 계속 되면, 엔코더 버퍼(203)는 결국 오버플로(overflow)한다. 전술한 시간에서 엔코더 버퍼(203)를 점유하는 일례의 비트량이 도 2에 도시되어 있다.
도 2에 도시된 그래프의 가로좌표(t)는 시간의 경과를 나타내고 세로좌표는 소정의 시간까지 엔코더 버퍼(203)에 공급된 데이타(S32)의 비트량을 나타낸다. 시간(t)에서 선그래프의 선(e-f-g)의 기울기는 데이타(S33)가 엔코더 버퍼(203)로부터 판독되는 판독(출력) 레이트(Rout)를 가리킨다. 상기 그래프는 시간(t=E(n))에서 인터럽트되는 엔코더 버퍼(203)로부터 데이타(S33)를 판독(출력)하는 일례를 도시하고 있다. 시간(t)에서의 선 그래프의 선(e-f-g)의 기울기는 데이타(S33)가 엔코더 버퍼(203)로부터 판독되는 판독(출력) 레이트(Rout)를 가리킨다. 상기 그래프는 엔코더 버퍼(203)로부터의 데이타(S33)가 시간(t=E(n))에서 인터럽트되는 일례를 도시하고 있다. 선(e-f-g)과 선(a-b-c)으로부터의 수직 거리는 엔코더 버퍼(203)의 크기(BB)를 가리킨다. 크기(BB)는 일정한 값이다. 선(e-d)과 선(p-q)으로부터의 수직 거리는 레이트 제어 동작에서 사용하기 위한 가상 부호 버퍼의 크기(B)를 가리킨다. 크기(B)와 크기(BB)는 B≤BB를 만족하는 관계를 갖는다. 부호 버퍼는 엔코더 버퍼(203)내에 포함되어 있다. 부호 버퍼의 크기(B)는 일반적으로 수신 버퍼(디코더 버퍼)의 크기와 같다.
기호(A(i))는 i번째 부호화된 화상을 가리키고 기호(A(i))의 수직 크기는 부호화된 데이타의 비트량을 가리키며, 반면에 기호(E(i))는 i번째 부호화된 화상(A(i))이 부호화되는 시간을 가리킨다. 화상은 소위 NTSC 비디오 신호의 경우의 1/29.97초의 간격(즉, E(i+1) －E(i))과 소위 PAL 비디오 신호의 경우의 1/25초의 간격에서 부호화된다. 엔코더 버퍼를 점유하는 비트량의 변화는 지그재그형 선과 선(e-f-g) 사이의 사선을 갖는 영역으로서 표시된다. 세로좌표축의 방향에서의 지그재그형 선의 이동은 부호화된 화상이 엔코더 버퍼에 동시에 공급되었다는 것을 가리킨다. 다른 한편, 가로좌표축의 방향에서의 지그재그형 선의 이동은 엔코더 버퍼에의 비트 스트림의 공급이 인터럽트되었고 비트 스트림이 선(e-f-g)의 기울기로 표시된 비트 레이트(Rout)로 엔코더 버퍼로부터 전송되었다는 것을 가리킨다. 즉, 화상(A(0))은 엔코더 버퍼를 점유하는 비트량이 화상(A(0))의 비트량에 의해 증가되도록 시간(t=E(0))에서 엔코더 버퍼에 동시에 공급된다. 그 후, 비트 스트림은 시간(t=E(1))까지 비트 레이트(Rout)로 엔코더 버퍼로부터 전송된다. 따라서, 엔코더 버퍼를 점유하는 비트 스트림은 시간이 경과함에 따라 감소된다. 화상(A(1))의 비트는 엔코더 버퍼를 점유하는 비트량이 화상(A(1))의 비트량에 의해 증가되도록 시간(t=E(1))에서 엔코더 버퍼로 동시에 공급된다. 그 후, 화상이 소정의 간격으로 엔코더 버퍼에 공급되도록 유사한 동작이 실행된다. 비디오 엔코더는 지그재그형 선이 선(e-d)과 선(p-q) 사이에 위치하는 방식으로 부호화될 다음 화상의 필요한 비트량을 결정한다. 그 후 비디오 엔코더는 화상을 부호화한다. 도 1에 도시된 부호화되어야하는 화상의 필요한 비트량(S35)은 상기한 바와 같이 계산된다.
도 2를 참조하면, 부호화 동작은 데이타가 부호화 비트 레이트와 같은 비트 레이트로 엔코더 버퍼로부터 데이타가 전송되도록 시간(t=E(0))에서 시간(t=E(n))까지 동안 통상 실행된다. 전송된 데이타는 광 디스크에 기록된다.
비트 레이트(Renc)로 엔코더 버퍼로의 비트 스트림의 공급이 엔코더 버퍼로부터의 데이타의 판독이 시간(t=E(n))에서 인터럽트될지라도 계속되면, 엔코더 버퍼는 결국 오버플로한다. 그 결과, 부호화된 비트 스트림은 잃게되고(lost)되고 어떠한 비트 스트림도 정상적으로 생산될 수 없다. 따라서, 광 디스크가 재생되고 얻은 신호가 디코더부(decoder portion)에 의해 재생될 때 영상이 무질서하게되는 문제가 발생된다. 즉, 부호화된 비트 스트림이 디코더부에 의해 재생되었을 때, 재생된 영상이 무질서하게되고 프리즈된다(freeze).
엔코더 버퍼 오버플로전에 부호화 동작이 일시적으로 인터럽트되는 배열이 채택될지라도, 어떠한 부호화된 비트 스트림도 인터럽션 동안 존재하지 않는다. 따라서, 부호화된 비트 스트림이 디코더부에 의해 재생될 때 재생된 영상이 불연속적으로 되는 문제가 발생한다.
광 디스크(208)의 신호(S34)의 기록이 예를 들면, 도 1에 도시된 기록 헤드(207)의 외부로부터의 관리된 충격으로 인해 일시적으로 억제되면, 종래의 구성은 부호화 비트 레이트의 불충분한 제어로 인해 부호화 동작이 만족하게 실행될 수 없다는 문제에 부닥친다.
앞서 말한 유형의 비트 스트림이 방송 또는 통신에 의해 전송될 때, 통신의 상태가 불만족스럽고 엔코더로부터의 전송 버퍼의 출력이 인터럽트되면 전송이 일시적으로 억제되는 방식으로 배열된 시스템조차도 앞서 말한 이유로 인해 발생하는 전송 버퍼의 오버플로와 부닥친다. 그 결과, 부호화 비트 레이트는 바람직스럽지 못하게 잃게되고 따라서 수신부는 통상의 재생된 영상을 얻을 수 없다. 즉, 부호화된 비트 스트림이 디코더부에 의해 재생된 때에, 재생된 영상이 무질서하게되고 프리즈(freeze)된다.
앞서의 관점에 있어서, 본 발명의 목적은 기록 매체로의 신호의 기록이 예를 들면, 외부 충격으로 인해 일시적으로 억제되거나 방송 또는 통신에 의한 신호의 전송이 불만족스런 통신 상태로 인해 일시적으로 억제될지라도 전송 버퍼(엔코더 버퍼)가 오버플로하지 않는 디지탈 신호를 부호화하는 방법 및 장치를 제공하는데 있다. 그 결과, 디코더부는 만족스러운 재생 신호를 얻을 수 있다.
본 발명은, 디지탈 신호를 압축 및 부호화함으로써 얻어지며 기록 또는 전송이 외부 충격 또는 전송 버퍼로부터의 데이타의 전송 및 출력의 불만족스런 상태로 인해 일시적으로 억제되는 상태가 인터럽트되는 가능성을 갖는 신호의 기록 또는 전송을 위해 배열된 시스템에 적용될 때 효과적이다. 본 발명에 따라 디지탈 신호를 부호화하는 방법 및 장치는 전송 버퍼를 점유하는 비트량을 관리하거나, 전송 버퍼를 점유하는 비트량에 따라 부호화 비트 레이트(또는 각 소정 시간동안 디지탈 신호에 할당된 비트량)를 제어함으로써 상기한 문제를 극복할 수 있다.
데이타가 전송 버퍼로부터 전송될 수 있을 때, 전송 버퍼로부터의 출력 비트 레이트는 전송 버퍼를 점유하는 비트량에 따라 제어된다. 전송 버퍼의 크기는 상기 레이트(또는 재생부 또는 수신부에 필요한 수신 버퍼의 크기)를 제어하는데 사용되는 가상 버퍼의 크기보다 더 큰 것이 바람직하다.
부호화 비트 레이트(또는 각 소정의 시간동안 디지탈 신호에 할당되는 비트량)가 제어되는 경우, 전송 버퍼가 오버플로하는 위험도를 나타내는 파라미터가 전송 버퍼를 점유하는 비트량에 따라 계산된다. 그 후, 전송 버퍼가 오버플로하는 위험도에 역비례하여 부호화 비트 레이트가 낮아지는 방식으로 상기 제어가 실행된다. 따라서, 전송 버퍼가 오버플로하는 위험도는 낮아진다.
전송 버퍼로부터의 출력 비트 레이트가 제어되는 경우, 전송 버퍼로부터의 출력 비트 레이트는 파라미터로 표시된 전송의 오버플로 위험도가 높을 때 부호화 비트와 비교해서 빨라진다. 따라서, 전송 버퍼가 오버플로하는 위험도는 낮아질 수 있다.
본 발명의 또다른 목적, 특징, 이점은 다음의 설명으로부터 더 분명해진다.
도 1은 비디오 영상을 부호화하는 종래 장치를 개략적으로 도시하는 블록 회로도.
도 2는 비디오 영상을 부호화하는 종래 장치의 엔코더 버퍼(전송 버퍼)를 점유하는 비트량의 변화예를 도시하는 그래프.
도 3은 디지탈 신호를 부호화하는 방법(가변 비트 레이트를 부호화하는 방법)이 적용되는 디지탈 신호 부호화 장치의 회로를 도시하는 블록도.
도 4는 본 발명에 따라 비디오 영상을 부호화하는 장치의 실시예의 엔코더 버퍼(전송 버퍼)를 점유하는 비트량의 변화예를 도시하는 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
101 : 프레임 메모리 102 : 비디오 엔코더
103 : 엔코더 버퍼 104 : 멀티플렉서
105 : ECC 엔코더 106 : 변조 회로
107 : 기록 헤드 108 : 광 디스크
109 : 비트 레이트 지정 유닛 110 : 레이트 제어기
111 : 버퍼 관리 회로 112 : 충격 검출기
113 : 부호화 난이도 계산 회로
본 발명에 따른 디지탈 신호 부호화 방법을 사용하여 디지탈 신호를 부호화하는 장치의 일실시예를 도면을 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 디지탈 신호 부호화 방법을 사용하여 비디오 영상을 부호화하는 장치의 회로를 도시하는 블록도이다. 비디오 영상을 부호화하는 장치는 공급된 비디오 영상을 압축하고 부호화하기 위해 MPEG 방법을 사용한다.
부호화 동작이 정상적으로 행해질 때, 부호화 비트 레이트와 같은 비트 레이트로 엔코더 버퍼로부터 데이타가 전송되고, 그 데이타가 예를 들면 광 디스크에 기록되는 동작을 설명한다.
단자(100)를 통해 공급된 비디오 신호(S1)는 프레임 메모리(101)에 저장된다. 데이타를 부호화하는데 있어서의 난이도 계산 회로(113)는 프레임 메모리(101)에 저장되어 있는 영상 데이타(S6)를 부호화하는데 있어서의 난이도(S9)를 계산한다. 비트 레이트 지정 유닛(109)은 각 소정의 시간의 난이도(S9)에 따라 각 소정의 시간의 부호화 비트 레이트(Renc)를 계산한다. 그 후, 비트 레이트 지정 유닛(109)은 부호화 비트 레이트(Renc)의 레이트 제어기(110)를 지정한다. 상기 소정의 시간은 약 0.5초가 바람직하다. 데이타를 부호화하고 비트 레이트(Renc)를 부호화하는데 있어서의 난이도를 계산하는 방법은 본 발명의 출원자에 의해 일본 특허 제 7-108860호와 일본 특허 제 7-311418호에 개시되었다.
데이타를 부호화하는데 있어서의 난이도 계산 회로(113)의 개략적 구성을 설명한다. 데이타를 부호화하는데 있어서의 난이도 계산 회로(113)는 공급된 영상 신호의 통계적 특성 또는 영상 특성을 나타내는 난이도를 얻는다. 데이타를 부호화하는데 있어서의 난이도 계산 회로(113)는 프레임내의 정보를 분석하기 위한 부분과 프레임간 통계적 정보를 분석하기 위한 부분을 포함한다. 프레임내의 정보를 분석하기 위한 부분은 예를 들면, 공급된 영상의 휘도(brightness), 색도(色度), 평면도(flatness)에 관한 통계적 정보를 포함하는 공급된 영상의 영상 특성을 계산한다. 프레임간 정보를 분선하기 위한 부분은 예를 들면, 비디오 영상의 이동량(quantity of movement)에 관한 통계적 정보를 포함하는 공급된 영상의 영상 특성을 계산한다. 영상 특성에 관한 정보를 명확하게 설명하고자 한다. 공급된 영상의 휘도에 관한 통계적 정보는 각 시간에서의 휘도 정보의 평균값을 계산함으로써 얻어진다. 공급된 영상의 색도(色度)에 관한 통계적 정보는 예를 들면, 각 소정의 시간에서의 휘도 신호의 분산값(dispersed values)을 계산함으로써 얻어진다. 공급된 영상의 이동량의 통계적 정보는 예를 들면, 각 소정의 시간에서 동벡터(vector)량의 평균값을 계산함으로써 얻어진다.
비트 레이트 지정 유닛(109)은 부호화 난이도 계산 회로(113)로부터 공급된 부호화 난이도(S9)에 따라 부호화 비트 레이트(Renc)를 얻는다. 특히, 비트 레이트 지정 유닛(109)은 각 소정에 부호화 비트 레이트(Renc)를 얻는다. 부호화 비트 레이트(Renc)는 각 소정의 시간에 공급된 영상 신호의 휘도의 평균값 및 분산값에 따라 얻어진다. 또한, 각 소정의 시간동안 공급된 영상 신호의 색도 신호의 평균값과 각 소정의 시간동안 공급된 영상 신호의 동벡터량의 평균값이 사용된다. 또한, 데이타를 저장하는 기록 매체의 용량과 전송로의 비트 레이트에 따라 결정되는 사용 가능한 데이타의 총량이 사용된다.
부호화 비트 레이트(Renc)에 따라, 레이트 제어기(110)는 부호화되어야 하며 프레임 메모리(101)로부터 공급되는 화상(S2)의 필요한 비트량(S7)을 지정한다. 비디오 디코더(102)는 상기 필요량이 부호화되어야하는 필요한 비트량(S7)으로 되도록 화상(S2)을 부호화한다. 이 때에 발생된 비트량(S8)은 레이트 제어기(110)로 전달된다. 비디오 엔코더(102)로부터 공급된 부호화된 비트 스트림(S3)은 엔코더 버퍼(103)에 공급된다. 부호화되어야하는 필요한 비트량(S7)은 비트의 할당량으로서 간주될 수 있다. 부호화되어야하는 필요한 비트량(S7)을 계산하는 방법은 뒤에 설명한다.
멀티플렉서(104)는 다중화 비트 레이트(Rmux)로 엔코더 버퍼(103)로부터 비트 스트림(S4)을 판독한다. 다중화 비트 레이트(Rmux)는 부호화 비트 레이트(Renc)보다 더 큰 값이다. 비트 스트림(S4)이 엔코더 버퍼(103)에 저장된 경우, 멀티플렉서(104)는 소정의 시간동안 다중화 비트 레이트(Rmux)로 엔코더 버퍼(103)로부터 비트 스트림(S4)을 판독한다. 또다른 시간동안, 멀티플렉서(104)는 엔코더 버퍼(103)로부터 데이타를 판독하지 않고 예를 들면, 오디오 데이타(도시안됨)의 또다른 비트 스트림을 판독한다. 따라서, 멀티플렉서(104)는 데이타를 다중화한다. 상기한 바와 같이, 비트 스트림은 다중화 비트 레이트(Rmux)로 엔코더 버퍼(103)로부터 간헐적으로 판독된다. 부호화 동작과 엔코더 버퍼(103)로부터 데이타를 판독하는 동작이 정상적으로 실행되면, 각 소정의 시간동안 앞서 말한 간헐적인 판독 동작의 평균값은 부호화 비트 레이트(Renc)와 같다.
멀티플렉서(104)는 비트 스트림(S4)과, 1개의 비트 스트림으로 상기 비트 스트림을 단일화하기 위해 시분할 방식으로 또다른 공급된 비트 스트림(오디오 비트 스트림 등)을 다중화한다. 오류 접속 부호는 ECC 엔코더(105)에 의해 형성된 비트 스트림에 부가된다. 그 후, 비트 스트림은 변조 회로(106)에 공급된다. 변조 회로(106)에서, ECC 엔코더(105)의 출력은 소정의 변조 처리, 예를 들면, 8-14 변조를 필요로한다. 변조 회로(106)의 출력은 기록 헤드(107)에 공급된다. 기록 헤드(107)는 광 디스크(108)에 신호를 기록한다. 트랙 제어기(114)는 상기 기록 헤드(107)에 의해 트래이스(trace)되어야하는 엔코더 버퍼(103)상의 트랙과 상기 기록 헤드(107)에 의해 트래이스될 트랙을 관리한다.
부호화 동작과 엔코더 버퍼(103)로부터 데이타를 판독하는 동작이 정상적으로 실행되면, 본 실시예에 따른 엔코더 시스템은 상기한 바와 같이 동작된다.
기록 헤드(107)가 일시적으로 광 디스크(108)상에 신호(S5)를 기록할 수 없는 상태로 될 경우에 실행될 본 실시예에 따른 엔코더 시스템의 동작을 설명하고자 한다.
기록 헤드(107)가 기록되어야 하는 신호(S5)를 기록할 수 없을 정도로 충격을 받는다면, 충격 검출기(112)는 기록 헤드(107)에 기록 인터럽션 명령(recording interruption command)(S10)을 내린다. 그 결과, 기록 동작은 인터럽트된다. 충격 검출기(112)는 트랙 제어기(114)로부터 공급된 트랙 오류 신호에 따라 기록 동작이 실행될 수 없을 정도로 시스템이 충격을 받았는지의 여부를 검출한다. 충격 검출기(112)는 검출된 가속도에 따라 기록 동작이 실행될 수 없을 정도로 시스템이 충격을 받았는지의 여부를 결정하기 위해 시스템에 적용된 가속도를 검출하는 유닛을 포함할 수 있다. 당연한 일로서, 충격을 검출하기 위해 트랙 오류 및 가속도가 검출될 수 있다.
기록 인터럽션 명령(S10)은 또한 버퍼 관리 회로(111)에 공급된다. 따라서, 버퍼 관리 회로(111)는 엔코더 버퍼(103)으로부터의 출력을 인터럽트하는 명령(S11)을 엔코더 버퍼(103)에 내린다.
버퍼 관리 회로(111)는 오버플로하기 위해 엔코더 버퍼(103)의 난이도를 나타내는 파라미터(S12)와 레이트를 제어하기 위해 사용하는 가상 부호 버퍼를 점유하는 비트량(S13)을 계산한다. 가상 부호 버퍼는 엔코더 버퍼(103)에 포함되어 있다. 가상 부호 버퍼의 크기는 디코더부내의 수신 버퍼의 크기(디코더의 크기)와 같다. 파라미터(S12)에 대해서는 후에 설명한다.
비트 레이트 지정 유닛(109)은 영상 데이타(S6)와 파라미터(S12)를 부호화하는데 있어서의 난이도(S9)에 따라 각 소정의 시간동안 부호화 비트 레이트(Renc)를 계산한다. 비트 레이트 지정 유닛(109)은 정상 기록 상태에서 각 소정의 시간동안에 부호화 난이도(S9)에 관하여 계산된 부호화 비트 레이트(Renc)와 비교해서 파라미터(S12)에 의해 표시되는 오버플로하기 위해 엔코더 버퍼(103)의 난이도에 역비례하여 부호화 비트 레이트(Renc)를 낮추는 방식으로 제어한다. 상기 제어는 엔코더 버퍼(103)가 오버플로할 뿐만 아니라 기록 인터럽션 명령(S10)이 내려진 경우에 부호화 비트 레이트(Renc)가 낮아지는 방식으로 실행될 수 있다.
가상 부호 버퍼를 점유하는 비트량(S13)에 따라, 레이트 제어기(110)는 부호화되어야하는 다음 화상의 필요한 비트량(S7)의 비디오 엔코더(102)를 지정한다.
부호화 비트 레이트(Renc)와 부호화되어야하는 필요한 비트량(S7)을 제어하는 방법을 도 4를 참조하여 설명한다. 도 2와 유사하게, 도 4는 엔코더 버퍼(103)를 점유하는 비트량의 변화예를 도시한다.
도 4를 참조하면, 가로좌표의 t는 경과한 시간을 나타내고 세로좌표축은 임의의 시간까지 엔코더 버퍼(103)에 공급되는 부호화된 비트 스트림(S3)의 비트량을 나타낸다. 시간(t)에서의 선(e-f-g-h)의 기울기는 비트 스트림(S4)이 엔코더 버퍼(103)로부터 판독(출력)되는 비트 레이트(Rout)를 가리킨다. 비트 레이트(Rout)의 출력은 각 소정 시간에서 멀티플렉서(104)에 의해 엔코더 버퍼(103)로부터 판독되는 데이타의 비트 레이트의 평균값이다. 이 경우에, 엔코더 버퍼(103)로부터의 비트 스트림(S4)의 판독(출력)은 시간(t=E(n))에서 시간(t=E(m))까지의 시간 동안 인터럽트된다. 선(e-f-g-h)에서 선(a-b-c-d)까지의 수직 거리는 엔코더 버퍼(103)의 크기(BB)를 나타낸다. 크기(BB)는 일정한 값이다. 선(e-f-u-h)에서 선(p-q-r-s)까지의 수직 거리는 레이트를 제어하기 위해 사용하는 가상 부호 버퍼의 크기(B)이다. 크기(B)와 크기(BB)는 B＜BB를 만족하는 관계를 갖는다. 가상 부호 버퍼의 크기(B)는 디코더부의 수신 버퍼(디코더 버퍼)의 크기와 일반적으로 같다.
t=E(0)에서 t=E(n)까지의 기간동안, 부호화 동작은 정상적으로 실행되고 정상 부호화 동작의 결과로서 얻어진 비트 스트림은 광 디스크(108)상에 기록된다. 상기 시간에서의 부호화 비트 레이트(Renc)를 R1이라고 가정하면, 엔코더 버퍼(103)로부터의 출력 비트 레이트(Rout), 즉, 선(e-f)의 기울기는 부호화 비트 레이트(R1)이다.
t=E(n)에서 t=E(m)까지의 기간동안, 엔코더 버퍼(103)로부터 데이타를 판독하는 동작이 인터럽트된다. 데이타가 비디오 엔코더(102)로부터 엔코더 버퍼(103)로 연속으로 공급되므로, 엔코더 버퍼(103)를 점유하는 비트량이 증가된다. 본 실시예에 따른 시스템은 엔코더 버퍼(103)가 오버플로하는 것을 방지하기 위해 설치된다. 이를 실현하기 위해서는, 부호화 비트 레이트(Renc)는 R1보다 작게 되도록 제어되고, 각 소정의 시간에서 영상 데이타(S6)를 부호화하는데 있어서의 난이도(S9)가 t=E(0)에서 t=E(n)까지의 기간동안의 부호화 난이도와 같을지라도 Renc = R2인 관계가 성립된다.
기록 인터럽션 명령(S10)은 신호(S5)가 광 디스크(108)상에 기록되도록 시간(t=E(m))으로부터 중지된다. 따라서, 엔코더 버퍼(103)로부터 데이타의 판독이 시작된다. 엔코더 버퍼(103)를 점유하는 비트량이 초기 상태에서 증가되므로, 엔코더 버퍼(103)가 오버플로하는 확률은 감소된다. 이를 실현하기 위해서는, 각 소정 시간에서 부호화 난이도(S9)가 t=E(0)에서 t=E(n)까지의 기간의 부호화 난이도와 같을지라도 부호화 비트 레이트(Renc)는 R1보다 작게 되도록 제어된다. 부호화 비트 레이트(Renc)는 Renc = R3인 관계를 만족하도록 된다. 데이타가 엔코더 버퍼(103)로부터 판독되는 비트 레이트 Renc = Rx가 R3보다 높으므로, 엔코더 버퍼(103)를 점유하는 비트량은, 시간이 경과함에 따라, 안전 상태(safety state)로 회복된다(엔코더 버퍼(103)가 오버플로하지 않는 점(h)에 대응하는 시간에서 안전 상태로 회복됨). 멀티플렉서(104)에 대한 다중화 비트 레이트(Rmux) 설정이 비디오 엔코더(102)에 대한 부호화 비트 레이트(Renc) 설정보다 높으므로, 비디오 엔코더(102)의 부호화 비트 레이트(Renc)와 비교하여 엔코더 버퍼(103)로부터의 출력 비트 레이트(Rout)를 크게하기 위한 제어가 자동으로 실행된다.
도 3에 도시된 엔코더 시스템은 상기한 버퍼 모델에 적응될 수 있게 배열되며 엔코더 버퍼(103)가 오버플로하지 않는 방식으로 부호화 동작을 실행하도록 구성되어 있다. 또한, 본 실시예에 따른 엔코더 시스템은, 디코더(decoder)가 본 실시예에 따른 엔코더 시스템에 의해 만들어진 비트 스트림을 복호화할 때 디코더부의 수신 버퍼(디코더 버퍼)가 오버플로하지 않고 언더플로(underflow)하는 방식으로 부호화 동작을 실행한다. 즉, 본 실시예에 따른 엔코더 시스템은 엔코더 버퍼(103)를 점유하는 비트량을 가리키며 도 4에 도시된 지그재그형 선이 선(a-b-c-d)보다 높은 위치로 이동하지 않는 방식으로 제어한다. 또한, 선(p-q-r-s)이 선(a-b-c-d)보다 높은 위치로 이동하지 않는 방식으로 또다른 제어가 실행된다.
상기한 제어를 실행하기 위해, 비트 레이트 지정 유닛(109)에 의해 지정된 부호화 비트 레이트(Renc)와 부호화되어야 하며 레이트 제어기(110)에 의해 지정되는 화상의 필요한 비트량(S7)은 다음 조건들을 만족해야 한다.
k = 0 이면,
AA(0)≤b0
k ≥ 1이면,
X = BB-(OBB(k)-OB(k))
X ≥ B
AA(k) ≤ B-OB(k)
여기서, AA(k) ≥ 0
0 ≤ OBB(k) ≤ BB
0 ≤ OB(k) ≤ B 이고,
b0은 복호화 동작이 시작된 경우의 디코더의 수신 버퍼(디코더 버퍼)를 점유하는 비트의 초기량,
BB는 엔코더 버퍼(103)의 크기,
B는 레이트를 제어하기 위해 사용하는 가상 부호 버퍼의 크기,
OBB(i)는 i번째 화상이 부호화되기 직전의 엔코더 버퍼를 점유하는 비트량,
OB(i)는 i번째 화상이 부호화되기 직전의 가상 부호 버퍼를 점유하는 비트량,
E(i)는 i번째 화상이 부호화되는 시간,
A(i)는 부호화되어야하는 i번째 화상의 비트량,
AA(i)는 부호화되어야하는 i번째 화상의 필요한 비트량,
Renc(i)는 i번째 화상과 i+1번째 화상 사이의 영역내의 부호화 비트 레이트,
Rout(i)는 i번째 화상에서 i+1번째 화상까지의 영역내의 엔코더 버퍼로부터의 데이타 출력 비트 레이트이다.
요인(factor)(OBB(i)와 OB(i))은 버퍼 관리 회로(111)로부터 얻어진다. 수학식 3의 계산으로 얻은 값(X(t))은 엔코더 버퍼(103)가 오버플로하는 난이도를 나타내는 파라미터(S12)의 특정례(a specific example)이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 시간(t)에서의 값(X(t))은 시간(t)에서 선(f-u-h)과 선(b-c-d)으로부터의 수직 거리로 표시된다.
값(X(t))에 비례하여 엔코더 버퍼(103)가 오버플로하는 확률이 도시되어 있다. 이 시간에서, 비트 레이트 지정 유닛(109)은 부호화 비트 레이트(Renc)가 낮은 값으로되는 방식으로 제어한다. 즉, 비트 레이트 지정 유닛(109)은 수학식 4를 만족하는 방식으로 부호화 비트 레이트(Renc)의 레이트 제어기(110)를 제어한다.
도 4에 도시된 다음의 시간(t=E(m)) 동안 데이타가 엔코더 버퍼(103)로부터 전송될 수 있으면, 엔코더 버퍼(103)로부터의 출력 비트 레이트(Rout)는, 값(X(t))이 작으며 또한 엔코더 버퍼(103)가 오버플로하는 위험성(risk)이 높은 경우에 비디오 엔코더(102)에 대한 부호화 비트 레이트(Renc) 설정보다 더 높게된다. 따라서, 값(X(t))은 커질 수 있다. 그 결과, 엔코더 버퍼(103)가 오버플로하는 위험성은 낮아질 수 있다.
레이트 제어기(110)가 부호화되어야하는 i번째 화상의 필요한 비트량(S7)으로서 수학식 5로 표현된 조건을 만족하는 값(AA(i))의 비디오 엔코더(102)를 지정하는 것에 주목한다. 비디오 엔코더(102)에 의해 실제로 부호화된 비트량(S8)은 비트량(A(i))에 대응한다.
본 실시예에 따른 시스템이 상기하는 제어를 실행하므로, 부호화 동작은 엔코더 버퍼(103)가 오버플로하지 않고 디코더부의 디코더 버퍼가 오버플로하지 않고 언더플로하는 방식으로 실행될 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않는다. 예를 들면, 본 발명의 구성에 사용하기 위한 디지탈 신호는 비디오 신호에 한정되지 않는다. 본 발명은 또한 오디오 신호에 응용될 수 있다. 당연한 일로서, 본 발명의 범위내에서 각종 변형이 가능하다.
도 3에 도시된 구성의 신호를 기록하는 매체로서 광 디스크가 채택되었을지라도, 본 발명에 따른 장치에 의해 부호화된 신호는 마그네틱 테이프와 같은 테이프형 기록 매체, 하드 디스크나 플렉시블(flexible) 디스크 등과 같은 마그네틱 디스크 매체, 반도체 저장 매체 예를 들면, 소위 IC 카드 및 각종 메모리 장치 등과 같은 신호를 기록하는 매체에 기록될 수 있다. 상기 광 디스크는 데이타가 기록되도록 하기 위해 피트(pit)를 갖는 디스크, 광자기 디스크, 위상 변화형(phase-change-type) 광 디스크, 유기 안료형(organic-pigment-type) 디스크, 데이타가 자외선 레이저 빔을 사용하여 기록되는 광 디스크, 다층의 기록 필름을 갖는 광 디스크 등과 같은 각종 디스크중의 어느 하나일 것이다.
도 3에 도시된 구성이 광 디스크 등의 패키지 매체에 데이타가 기록되는 방식으로 구성되어있을지라도, 본 발명은 방송 또는 통신에 사용될 수 있다. 본 발명에 따라 디지탈 신호를 부호화하는 방법은 통신 상태가 불만족스럽고 엔코더의 전송 버퍼로부터의 출력이 엔코더에 설정되는 부호화 비트 레이트가 제어되도록 가끔 인터럽트되는 상태에서 전송이 일시적으로 인터럽트되는 시스템에 응용될 수 있다. 따라서, 부호화 동작은 연속으로 실행될 수 있다. 본 발명이 통신 또는 전송에 응용되는 경우, 도 3에 도시된 시스템은 변조 회로(106)가 통신로(communication passage) 또는 전송로에 적응될 수 있는 소정의 변조를 실행하는 방식으로 배열된다. 기록 헤드(107)의 대안으로서, 인터페이스 회로가 제공된다. 따라서, 상기 인터페이스는 인터페이스 회로를 통해 통신로와 전송로로 구현된다. 통신 또는 전송의 상태가 불만족스러우면, 인터페이스 회로로부터의 출력을 인터럽트된다. 또한, 인터럽션의 상태를 나타내는 신호는 버퍼 관리 회로(111)에 공급된다. 이 경우, 도 3에 도시된 트랙 제어기(114)와 충격 검출기(112)는 통신의 상태를 검출한다. 또다른 구성은 도 3에 도시된 구성과 같을 수 있다.
본 발명에 따르면, 디지탈 신호를 부호화함으로써 얻은 부호화된 비트 스트림을 일시적으로 저장하는 전송 버퍼가 단시간에 공급된 부호량의 변화를 평활화하고 비트 스트림이 소정의 비트 레이트로 전송 버퍼로부터 전송되는 방식으로 디지탈 신호를 부호화하는 방법 및 장치, 전송 버퍼를 점유하는 비트량을 관리하는 단계들을 포함하는 디지탈 신호 부호화 방법, 어떠한 비트 스트림도 전송 버퍼로부터 전송될 수 없는 출력 인터럽션 상태인 경우에 전송 버퍼를 점유하는 비트량에 따라 전송 버퍼에 제공되는 부호량을 제어하는 방법이 제공된다. 따라서, 기록 매체로의 데이타의 기록이 일시적으로 억제되거나 통신 또는 전송이 실행될 수 없는 상태가 될지라도, 전송 버퍼의 오버플로는 방지될 수 있다. 따라서, 부호화 동작은 연속으로 실행될 수 있다. 부호화된 비트 스트림이 동일한 것을 확대하고 복호화함으로써 기록 매체로부터 재생되는 경우, 재생된 영상의 무질서함(disorder)과 재생된 영상의 프리징(freezing)이 방지될 수 있기 때문에 어떠한 불연속으로 재생된 영상도 형성되지 않는다. 전송로의 수신부가 부호화된 비트 스트림을 복호화하는 경우, 재생된 영상의 무질서함과 재생된 영상의 프리징이 방지될 수 있기 때문에 어떠한 불연속으로 재생된 영상도 형성되지 않는다.
본 발명이 어느 정도 특수성을 갖는 바람직한 형태로 설명될지라도, 바람직한 형태의 본 발명은 구성의 상세한 설명과 이하 청구된 바와 같은 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않고 부분들을 조합하고 배치함에 있어서 변화될 수 있다.

Claims (18)

  1. 디지탈 신호를 부호화함으로써 얻은 부호화된 비트 스트림을 일시적으로 저장하는 전송 버퍼에 의해, 단시간에 공급된 부호량의 변화를 평활화하고, 상기 전송 버퍼로부터 소정의 비트 레이트로 비트 스트림을 전송하는 방식의 디지탈 신호 부호화 방법으로서,
    상기 전송 버퍼를 점유하는 비트량을 관리하는 단계와,
    상기 전송 버퍼로부터 어떠한 비트 스트림도 전송될 수 없는 출력 인터럽션 상태에서, 상기 전송 버퍼를 점유하는 비트량에 따라 상기 전송 버퍼에 공급되는 부호량을 제어하는 단계를 포함하는 디지탈 신호 부호화 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전송 버퍼에 공급되는 코드량의 제어는 상기 부호화된 비트 스트림의 부호화 비트 레이트를 제어함으로써 행해지는 디지탈 신호 부호화 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전송 버퍼에 공급되는 코드량의 제어는 소정의 시간의 디지탈 신호가 부호화되는 때에 부호화에 할당되는 비트량을 제어함으로써 행해지는 디지탈 신호 부호화 방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 전송 버퍼에 공급되는 부호량의 제어는, 상기 전송 버퍼를 점유하는 비트량에 따라 상기 전송 버퍼의 오버플로의 위험도를 나타내는 파라미터가 계산되고, 상기 부호화 비트 레이트가 상기 전송 버퍼의 오버플로의 위험도에 역비례하여 낮아지는 방식으로 행해지는 디지탈 신호 부호화 방법.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 전송 버퍼에 공급되는 부호량의 제어는, 상기 전송 버퍼를 점유하는 비트량에 따라 상기 전송 버퍼의 오버플로의 위험도를 나타내는 파라미터가 계산되고, 부호화에 할당되는 상기 부호량이 상기 전송 버퍼의 오버플로의 위험도에 역비례하여 낮아지는 방식으로 행해지는 디지탈 신호 부호화 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 전송 버퍼로부터 전송되는 비트 스트림의 출력 비트 레이트는, 상기 비트 스트림이 상기 전송 버퍼로부터 전송될 수 있는 전송 상태에서 상기 전송 버퍼를 점유하는 상기 비트량에 따라 제어되는 디지탈 신호 부호화 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 전송 버퍼의 크기는 상기 소정의 비트 레이트를 제어하기 위해 사용되는 가상 버퍼의 크기보다 더 큰 디지탈 신호 부호화 방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 전송 버퍼가 오버플로하는 위험도를 나타내는 파라미터는 상기 전송 버퍼를 점유하는 비트량에 따라 계산되고, 상기 전송 버퍼가 오버플로하는 위험도를 나타내는 파라미터가 높은 때에 상기 출력 비트 레이트는 상기 전송 버퍼에 공급되는 상기 부호화된 비트 스트림의 상기 부호화 비트 레이트보다 더 높도록 제어되는 디지탈 신호 부호화 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 소정의 외부 요인(factor)이 검출되는 때에 상기 전송 버퍼로부터의 출력이 인터럽트되는 방식으로 제어가 행해지는 디지탈 신호 부호화 방법.
  10. 디지탈 신호를 부호화함으로써 얻은 부호화된 비트 스트림을 일시적으로 저장하는 전송 버퍼에 의해, 단시간에 공급된 부호량의 변화를 평활화하고, 상기 전송 버퍼로부터 소정의 비트 레이트로 비트 스트림이 전송되는 방식의 디지탈 신호 부호화 장치로서,
    상기 전송 버퍼를 점유하는 비트량을 관리하는 수단과,
    상기 전송 버퍼가 어떠한 비트 스트림도 전송할 수 없는 출력 인터럽션 상태로 되는 것을 검출하는 수단과,
    출력 인터럽션 상태에서, 상기 전송 버퍼를 점유하는 비트량에 따라 상기 전송 버퍼에 공급되는 상기 부호량을 제어하는 단계를 포함하는 디지탈 신호 부호화 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 제어 수단은 상기 부호화된 비트 스트림의 상기 부호화 비트 레이트를 제어함으로써, 상기 전송 버퍼에 공급되는 상기 부호량을 제어하는 디지탈 신호 부호화 장치.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 제어 수단은 상기 전송 버퍼에 공급되는 상기 부호량을 제어하기 위해 소정 시간의 디지탈 신호가 부호화되는 경우에 부호화하기 위해 할당되는 상기 비트량을 제어하는 디지탈 신호 부호화 장치.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 제어 수단은 상기 전송 버퍼를 점유하는 상기 비트량에 따라 상기 전송 버퍼가 오버플로하는 위험도를 나타내는 파라미터를 계산하고 상기 전송 버퍼가 오버플로하는 위험도에 역비례하여 상기 부호화 비트 레이트를 낮추는 디지탈 신호 부호화 장치.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 제어 수단은 상기 전송 버퍼를 점유하는 비트량에 따라 상기 전송 버퍼가 오버플로하는 위험도를 나타내는 파라미터를 계산하고 상기 전송 버퍼가 오버플로하는 위험도에 역비례하여 부호화에 할당되는 상기 비트량을 낮추는 디지탈 신호 부호화 장치.
  15. 제 10 항에 있어서, 상기 제어 수단은 상기 비트 스트림이 상기 전송 버퍼로부터 전송될 수 있는 전송 상태에서, 상기 전송 버퍼를 점유하는 상기 비트량에 따라 상기 전송 버퍼로 부터 전송되는 상기 비트 스트림의 출력 비트 레이트를 제어하는 디지탈 신호 부호화 장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 전송 버퍼의 크기는 상기 소정의 비트 레이트를 제어하기 위해 사용되는 가상 버퍼의 크기보다 더 큰 디지탈 신호 부호화 장치.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 제어 수단은 상기 전송 버퍼를 점유하는 상기 비트량에 따라 상기 전송 버퍼가 오버플로하는 위험도를 나타내는 파라미터를 계산하고, 상기 파라미터가 상기 전송 버퍼의 오버플로 위험도가 높음을 나타내는 경우 상기 전송을 위해 공급되는 상기 부호화된 비트 스트림의 상기 부호화 비트 레이트보다도 상기 출력 비트 레이트가 더 높도록 하는 디지탈 신호 부호화 장치.
  18. 제 10 항에 있어서, 상기 검출 수단은 상기 검출이 소정의 외부 요인을 검출한 때에 상기 전송 버퍼가 출력 인터럽션 상태로 되는 것을 검출하는 디지탈 신호 부호화 장치.
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