KR19980081822A - 신호 부호화 방법, 신호 부호화 장치, 신호 기록 매체 및 신호 전송 방법 - Google Patents

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Abstract

소정 시간 길이의 비디오 신호를 리얼 타임(1패스)으로 효율성 있게 가변 비트율 부호화하여, 부호화 비트 총량이 일정한 데이터 용량내에 들어가도록 하는 것으로서,
입력 신호의 단위 시간 마다의 부호화 난이도를 부호화 난이도 계산기(13)에서 구하고, 할당 비트량 계산기(14)에서, 입력 신호가 속하는 종류의 일반 입력 신호에 의해 미리 표준화된 단위 시간 마다의 부호화 난이도와 할당 부호량을 연관지어, 부호화 난이도 계산기(13)로부터의 부호화 난이도에 대해 상기 연관지어진 단위 시간 마다의 할당 부호량의 참고치를 구한다. 상기 할당 부호량의 참고치를 제어기(15)에서 실제의 할당 부호량으로 변경하고, 상기 실제의 할당 부호량에 의거하여, 동화상 부호화기(18)에서, 단위 시간 마다 입력 신호를 부호화하여, 부호화 데이터를 생성한다.

Description

신호 부호화 방법, 신호 부호화 장치, 신호 기록 매체 및 신호 전송 방법
본 발명은 송신측에서 디지털 신호를 효율적으로 부호화하는 고능률 부호화 에 있어서의 신호 부호화 장치, 신호 부호화 방법, 신호 기록 매체 및 신호 전송 방법에 관한 것으로서, 특히, 동화상 신호의 부호화에 있어서, 가변 비트율로 부호화를 제어하는 신호 부호화 장치, 신호 부호화 방법, 신호 기록 매체 및 신호 전송 방법에 관한 것이다.
디지털 비디오 신호는 데이터량이 대단히 많기 때문에, 이것을 소형으로 기억용량이 적은 기록 매체에 장시간 기록하고 싶은 경우, 비디오 신호를 고능률 부호화하는 수단이 불가결하게 된다. 이러한 요구에 부응하기 위해, 비디오 신호의 상호 관계를 이용한 고능률 부호화 방식이 제안되어 있고, 그 하나로 MPEG 방식이 있다. 이 MPEG(Moving Picture Image Coding Experts Group)란, ISO-IEC/JTCl /SC2/WG11에서 의논되어, 표준안으로서 제안된 것이며, 동작 보상 예측 부호화와 이산 코사인 변환(DCT: Discrete Cosine Transform) 부호화를 조합시킨 하이브리드방식이다. 이 MPEG 방식으로서는 우선 비디오 신호의 프레임간의 차분을 갖음으로써 시간축방향의 용장도를 떨어뜨리며, 그 후, 이산 코사인 변환을 사용하여 공간축방향의 장황도를 떨어뜨리고, 이렇게하여 비디오 신호를 능률적으로 부호화한다.
일반적으로, 비디오 신호는 정상적이 아니고, 각 픽쳐의 정보량은 시간 경과에 따라 변화한다. 그 때문에, 가변 비트율 부호화를 사용하는 것과 같은 부호량으로 일정 비트율 부호화에 비해 고화질을 얻을 수 있는 것이 공지되어 있다.
예컨대, 소위 DVD-video에 기록된 비디오 신호는 2 패스 방식의 가변 비트 율 부호화가, 일반적으로 사용되고 있다. 상기 2 패스 방식에 관해서는 예컨대 본건 출원인에 의한 특허출원 평7-313348호의 명세서 및 도면 등에 개시되어 있다.
여기서, 도 7에, 종래의 2 패스 방식의 가변 비트율 부호화 방법을 적용한 동화상 부호화 장치의 구성예를 나타내는 블럭도를 도시한다. 또한, 도 8에, 2 패스 방식의 가변 비트율 부호화 처리의 플로우챠트를 도시한다. 상기 플로우챠트를 참조하여, 도 7의 블록도의 동작을 설명한다.
우선, 도 8의 스텝 301에서는 도 7의 단자(200)로부터 입력되는 동화상 신호를 부호화 난이도 계산기(201)에 입력하여, 단위 시간 마다의 입력 화상의 부호화 난이도를 계산한다. 여기서 부호화 난이도를 계산하기 위해서 MPEG 방식의 인코더에 있어서 고정 양자화만으로 DCT 계수를 양자화하여, 단위 시간 마다의 발생 부호량을 계산한다. 상기 단위 시간은 예컨대 0.5초 정도가 된다. 계산된 부호화 난이도(d)는 할당 비트 계산기(202)로 입력된다.
다음에 스텝 302에서는 입력 동화상 신호의 마지막까지 부호화 난이도의 계산이 종료한 후에, 할당 비트 계산기(202)는 전체의 부호화 난이도와 사용 가능한 부호화 비트 총량으로부터 입력 화상의 단위 시간 마다의 할당 비트량을 계산한다. 예를 들면, 사용 가능한 부호화 비트 총량을 단위 시간 마다의 부호화 난이도에 따라서 비례 배분하여, 단위 시간 마다의 할당(목표) 비트량을 계산한다.
또, 지연기(203)는 입력 동화상의 전시간 길이에 대하여, 부호화 난이도 계산기(201)와 할당 비트량 계산기(202)에서의 처리가 종료하기까지, 입력 동화상 신호의 동화상 부호화기(204)에의 입력이 지연되거나 혹은 기다리기 때문이다.
다음 스텝 303에서는 동화상 부호화기(204)가, 단위 시간 마다의 입력 동화상을 스텝 302에서 계산된 할당 비트량이 되도록 부호화한다.
스텝 301과 스텝 302의 처리가 1 패스번째의 처리이고, 각각 부호화 난이도의 계산과 할당 비트량의 계산을 행한다. 스텝 303의 처리가 2 패스번째의 처리이고, 실제의 동화상 부호화를 행한다. 상기 2 패스 방식은 사용가능한 부호화 비트총량을 유효하게 사용할 수 있는 이점이 있지만, 처리 시간이 동화상 시퀀스의 시간 길이의 약 2배가 필요하게 되는 결점이 있기 때문에, 리얼 타임 처리에는 적합하지 않다.
이 처리 시간을 짧게 하는 것을 목적으로 한 1 패스 방식의 가변 비트율 부호화 방식이, 예컨대 본건 출원인에 의한 특허출원 평7-311418호의 명세서 및 도면에 개시되어 있다.
1 패스 방식의 가변 비트율 부호 방법을 적용한 동화상 부호화 장치의 구성예를 도시한 블럭도는 기본적으로는 앞에 나온 도 7과 같지만, 2 패스 방식이란, 할당 비트량 계산기(202)와 지연기(203)의 제어 방법이 다르다. 도 9에 l 패스 방식의 가변 비트율 부호 처리의 플로우챠트를 도시한다. 상기 플로우챠트를 따라, 도 7의 블록도의 동작을 설명한다.
도 9의 스텝 401에서는 동화상 신호를 도 7의 부호화 난이도 계산기(201)에 입력하고, 단위 시간 마다의 입력 화상의 부호화 난이도를 계산한다. 상기 단위 시간은 예를 들면, 0.5초 정도로 된다.
다음 스텝 402에서는 미리, 기준이 되는 동화상 시퀀스를 소정의 평균 비트율로 가변 비트율 부호화했을 때의 단위 시간 마다의 부호화 난이도(d)와 할당 비트량(b)을 연관짓는다. 여기서, 기준이 되는 동화상 시퀀스에 대한 단위 시간 마다의 할당 비트량의 총합은 목적의 기록 매체의 기억용량 이하로 되어 있다. 이 부호화, 난이도(d)와 할당 비트량(b)의 관계의 예를 도 10에 도시한다.
도 10에 있어서, 횡축은 기준이 되는 동화상 시퀀스 내에서 부호화 난이도(d)의 출현 확률 h(d)를 도시하고 있다. 그리고, 임의의 부호화 난이도에 대한 할당 비트량을 함수 b(d)에 근거하여 계산한다. 이 관계는 많은 동화상 시퀀스(예를 들면, 영화)를 소정의 평균 비트율로 부호화 실험하고, 그 화질을 평가하여, 사고 착오를 통하여 경험적으로 요구되는 것이며, 세상의 대개의 시퀀스에 적용 가능한 일반적인 관계가 된다. 그 구하는 방법에 관해서는 예를 들면 특허출원 평7-311418호의 명세서 및 도면에 개시되어 있다. 이 도 10의 관계에 근거하여, 단자(200)로부터의 입력화상의 단위 시간의 부호화 난이도(d)에 대하여, 할당 비트량(b)이 주어진다.
상기 1 패스 방식에서는 지연기(203)는 단위 시간 길이의 입력 화상에 대하여, 부호화 난이도 계산기(201)와 할당 비트량 계산기(202)에서의 처리가 종료하기까지, 그 화상 신호의 동화상 부호화기(204)에의 입력을 단위 시간만큼 지연하기 위해설치되어 있다.
다음의 스텝 403에서는 동화상 부호화기(204)가, 단위 시간 마다의 입력 동화상을 이것에 대응하여 할당 비트량 계산기(202)로부터 주어지는 할당 비트량이 되도록 부호화한다.
이러한 1 패스 방식에 있어서는 화상 신호의 입력에 따라서, 거의 리얼 타임으로 신호의 부호화 난이도에 따른 최적의 할당 비트량으로의 가변 비트율 부호화를 행할 수 있다.
그런데, 도 10의 관계는 모든 동화상 시퀀스에 적용할 수 있지만, 몇 개의 특수한 시퀀스에는 대응할 수 없고, 동화상 부호화기(204)에서 발생한 총 비트량이, 사용 가능한 총비트량을 초과하는 경우가 있고, 즉 목적의 기록 매체에 동화상 시퀀스를 수록할 수 없는 경우가 있기 때문에 문제가 있다.
소정 시간 길이의 동화상 시퀀스를 리얼 타임에 가변 비트율 부호화하여, 일정한 기억 용량의 기록 매체에 기록하기 위해서는 종래의 2 패스 방식은 사용할 수 없다. 또한 종래의 1 패스 방식으로서는 대부분의 동화상 시퀀스를 리얼 타임으로 가변 비트율로 부호화하여, 소정의 시간 길이의 시퀀스를 일정한 기억 용량의 기록 매체에 수록할 수 있지만, 일부의 특수한 시퀀스에서는 부호화 비트의 총량이 사용 가능한 총 비트량을 초과하게 되는 경우가 있고, 소정 시간 길이의 시퀀스를 기록 매체에 수록할 수 없는 경우가 있기 때문에 문제가 있다.
본 발명은 이러한 실정을 감안하여 이루어진 것으로, 소정 시간 길이의 동화상 시퀀스를 리얼 타임으로 가변 비트율 부호화하여, 발생한 부호화 비트의 총량이, 일정한 기억 용량의 기록 매체에 수록할 수 있는 것을 보증하는 동화상 부호화 방법, 동화상 부호화 장치 및 상기 부호화 장치에서 기록된 부호화 신호 기록 매체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위해서, 입력 신호가 속하는 종류의 일반입력 신호에 의해 미리 표준화된 단위 시간 마다의 부호화 난이도와 할당 부호량을 연관지어, 입력 신호의 단위 시간 마다의 부호화 난이도를 구하고, 이 입력 신호의 단위 시간 마다의 부호화 난이도에 대하여 상기 관련된 상기 단위 시간 마다의 할당 부호량의 참고치를 구하고, 상기 할당 부호량의 참고치를 실제의 할당 부호량으로 변경하여, 상기 실제의 할당 부호량에 근거하여 상기 단위 시간마다 입력 신호를 부호화하여 부호화 데이터를 생성함으로써, 신호의 입력에 따라서, 리얼 타임으로 신호가 복잡함에 따른 최적의 할당 부호량으로 부호화를 행한다.
상기 할당 부호량의 참고치를 실제의 할당 부호량으로 변경하는 방법은 기록 매체에 기록가능한 시간 길이의 신호를 부호화하였을 때의 발생 비트량의 총합이 기록매체에의 신호 기록에 사용할 수 있는 비트량 이하가 되도록, 실제의 할당 비트량을 제어함으로써, 소정의 시간 길이의 신호를 일정한 기억 용량의 기록 매체에 수록할 수 있는 것을 보증한다.
구체적으로는 단위 시간 마다의 입력 신호를 일정한 할당 비트량(bav)으로 부호화하는 경우의 현재까지의 할당 비트량의 총합(Bav)과 현재까지의 실제의 발생부호화 비트의 총합(Bgen)을 비교하여, 값(Bav-Bgen)이 양일 때에, bav이상의 할당 비트량이 주어지는 것을 허가함으로써, 상기의 것을 보증한다. 여기서, bav는 다음식으로 주어진다.
즉,
bav= TGOP×Bv/TSEQ
Bv: 신호 기록 매체 중에서 동화상의 기록에 사용되는 비트량
TESQ: 신호 기록 매체에 기록할 수 있는 동화상 시퀀스의 시간 길이
TGOP: 단위 시간 길이이다.
상기 할당 부호량의 참고치를 실제의 할당 부호량으로 변경했을 때의 정보에 근거하여, 입력 신호에 전치 필터 처리를 실시하여, 그 처리 신호를 부호화함으로써, 신호의 부호화 열화를 두드러지지 않게 할 수 있다. 구체적으로는 상기 실제의 할당 부호량을 할당 부호량의 참고치보다도 작게 억제하는 경우에, 입력 화상에 로우 패스 필터 처리를 행함으로써, 화상의 부호화 열화를 두드러지지 않게 할 수 있다. 신호의 부호화와 기록 매체에의 부호화 신호의 기록을 여러번에 나누어 행할 때는 상기치(Bav-Bgen), 또는 이것에 상당하는 값을 기록 매체에 기록하고, 다음에, 그 기록 매체의 빈 영역에 신호를 기록했을 때, 신호 기록에 앞서서, 상기치(Bav- Bgen), 또는 이것에 상당하는 값을 그 기록 매체로부터 판독 출력하여, 이 값에 의거하여 단위 시간 마다의 입력 신호의 할당 비트량을 계산하기 때문에, 기록 매체의 기억 용량을 유효하게 사용할 수 있다.
또한, 상기 입력 신호가 동화상 신호인 경우에, 상기 부호화 난이도를 입력화상의 소정 시간 마다의 화상 특성 정보에 근거하여 구하고, 이 화상 특성 정보에 의해 인간의 시각 특성이 반영된 할당 부호량으로 부호화를 행한다.
도 1은 본 발명의 실시예로 구성된 동화상 부호화 방법을 적용한 동화상 부호화 장치의 구성예를 도시한 블록도.
도 2는 도 1의 부호화 난이도 계산기(13)의 제1 구성예의 블록도.
도 3은 도 1의 부호화 난이도 계산기(13)의 제2 구성예의 블록도.
도 4는 도 1의 할당 비트량 계산기(14)로부터 입력된 할당 비트량의 참고치(b)를 실제의 할당 비트량(bx)으로 변경하는 알고리즘을 도시한 플로우챠트.
도 5는 도 1의 동화상 부호화기(18)의 구성예의 블록도.
도 6은 신호 기록 매체의 일례로서 광디스크에 부호화 비트스트림을 기록하기 위한 구성을 도시한 블록도.
도 7은 종래의 2 패스 방식 또는 1 패스 방식의 가변 비트율 부호화 방법을 적용한 동화상 부호화 장치의 구성예를 도시한 블록도.
도 8은 종래의 2 패스 방식의 가변 비트율 부호화 처리를 설명하기 위한 플로우챠트.
도 9는 종래의 1 패스 방식의 가변 비트율 부호화 처리를 설명하기 위한 플로우챠트.
도 10은 기준이 되는 동화상 시퀀스내에서 단위 시간 마다의 화상의 부호화난이도(d)의 출현 확률 h(d)와 부호화 난이도(d)에 대하여, 소정의 평균 비트율일 때의 할당 부호량(b)을 나타내는 함수 b(d)를 도시한 도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
12: 동작 벡터 계산기 13: 부호화 난이도 계산기
14: 할당 비트 계산기 15: 컨트롤러
17: 전치 필터 18: 동화상 부호화기
26, 41: 화상 정보 계산기 27, 42: 계산기
이하, 본 발명의 신호 부호화 방법, 신호 부호화 장치, 상기 부호화 장치로 기록된 기록 매체, 및 신호 전송 방법의 바람직한 실시예에 관해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 여기서, 이하의 실시예에 있어서는 특히, 동화상 신호를 부호화하는 경우의 동화상 신호 부호화의 예에 관해서 설명한다.
우선, 본 발명의 실시예로 구성된 동화상 부호화 방법 및 장치에 관해서, 도 1을 참조하면서 설명한다.
처음에 전체의 구성을 간단히 설명한다.
도 1의 단자(11)로부터 입력된 동화상 신호(S1)는 동작 벡터 계산기(12)에 입력된다. 동작 벡터 계산기(12)는 입력 동화상의 동작 벡터 정보(동작 벡터와 그 예측잔차)를 출력한다. 또한, 동화상 신호(S1)와 상기 동작 벡터 정보는 부호화 난이도 계산기(13)에 입력된다. 부호화 난이도 계산기(13)에서는 입력 화상(S1)의 단위 시간 마다의 부호화 난이도(d)를 계산한다. 상기 부호화 난이도(d)는 할당 비트 계산기(14)에 입력된다. 할당 비트 계산기(14)는 단위 시간 마다의 입력 화상을 부호화했을 때의 할당 비트량의 참고치(b)를 계산한다. 상기 할당 비트량의 참고치(b)는 제어기(15)에 입력된다. 제어기(15)는 상기 할당 비트량의 참고치(b)를 실제의 할당 비트량(bx)으로 변경하여 출력한다. 또한, 제어기(15)는 전치 필터(17)의 처리 정보(S5)도 출력한다. 지연기(16)는 단위 시간 길이의 입력 화상(S1)에 대하여, 부호화 난이도 계산기(13), 할당 비트량 계산기(14) 및 제어기(15)에서의 처리가 종료할 때까지, 그 입력 동화상 신호(S1)의 전치 필터(16)에의 입력을 단위 시간만큼 지연한다. 지연기(16)에서 지연된 입력 동화상 신호(S2)는 전치 필터(17)에서 처리 정보(S5)에 따른 처리가 이루어지고, 처리 화상 신호(S3)가 출력된다. 동화상 부호화기(18)는 단위 시간의 상기 처리 화상 신호(S3)를 할당 비트량(bx)이 되도록 부호화한다. 동화상 부호화기(18)는 부호화 비트스트림(S6)과 단위 시간 마다의 발생 비트량(bgen)을 출력한다. 부호화 비트스트림(S6)은 단자(19)로부터 출력된다.
다음에, 상술된 도 1의 블록도의 각각의 구성 요소의 구체예에 관해서 상세하게 설명한다.
동작 벡터 계산기(12)는 소위 MPEG의 매크로 블록(16×16 화소, 이하 MB로 생략한다)단위로 동작 벡터를 계산한다. 동작 벡터 검출은 참조 프레임과 현재 MB와의 패턴 매칭으로 행한다. 즉, 다음 수학식 1 로 나타낸 바와 같이, 현재 MB 신호 A[i, j]와, 임의의 동작 벡터(x, y)에 의해 참조되는 MB 신호 F[x+i, y+j]의 차의 절대치의 합(Ef)을 구한다.
Ef=∑｜A[i, j]­F[x+i, y+j]｜ (i=0 내지 15, j=0 내지 15)
동작 벡터 계산기(12)는 상기 Ef가 최소가 되는 좌표(x, y)를 현재 MB (macro frock)의 동작 벡터로 하며, 동시에 그 때의 Ef를 동작 벡터의 예측 잔차로서 출력한다.
도 1의 부호화 난이도 계산기(13)는 단위 시간 마다의 입력 화상(S1)의 정보량에 부호화 열화가 눈에 띄기 쉬움을 반영시킨 파라미터인 부호화 난이도를 계산한다. 상기 단위 시간은 예를 들면 0.5초 정도가 된다.
도 2는 도 1의 부호화 난이도 계산기(13)의 제1 구성예의 블록도를 도시한다. 계산기(27)는 동작 벡터의 예측잔차, 즉 상술의 수학식 1 에서 계산되는 Ef의 단위 시간 마다의 총합(D1)을 계산하여, 그 값에 부호화 열화가 눈에 띄기 쉬움을 나타내는 파라미터(α)를 반영시켜, 이렇게 해서 계산된 값을 단위 시간 마다의 입력 화상의 부호화 난이도(d)를 출력한다.
d=D1 ×α
화상 정보 계산기(26)는 부호화 열화가 눈에 띄기 쉬움을 나타내는 파라미터로서, 입력 화상의 평탄도를 나타내는 파라미터, 예를 들면, MB 신호의 분산치를 계산한다. 일반적으로, 인간의 눈은 그림의 평탄부분에서, 부호화 노이즈를 쉽게 알 수 있고, 반대로, 그림이 복잡한 부분에서는 열화는 알기 어렵다. 이 특징에 근거하여, 화상의 분산치가 클수록 α를 작은 값으로 하여, 역으로 분산치가 작을수록 α를 큰 값으로 한다. 또, 도시되지 않은 화상 부호화 모드에 의해 지시되어, 입력 화상을 프레임내(Intra) 부호화 하는 경우, 상기치(D1)로서, 화상 정보 계산기(26)으로 계산되는 MB 신호의 분산치의 단위 시간 마다의 총합을 사용하는 것이 양호하다.
도 3은 도 1의 부호화 난이도 계산기(13)의 제2 구성예의 블록도를 도시한다. 여기서는 동작 보상 프레임간 예측과 DCT를 조합시킨 하이브리드 부호화 방법에 있어서, 양자화기의 양자화 스텝을 고정했을 때의 단위 시간 마다의 발생 부호 비트량의 총합(D2)을 계산하여, 그 값에 부호화 열화가 두드러지기 쉬움을 나타내는 파라미터(α)를 반영시켜, 이렇게 해서 계산된 값을 단위 시간 마다의 입력 화상의 부호화 난이도(d)를 출력한다.
d=D2 ×α
이 식 중의 값(α)은 상술된 것과 같다.
도 3의 블록도에 관해서, 이하에 상세하게 설명한다.
단자(30)로부터는 입력 화상의 MB 신호가 공급되며, 동시에 단자(31)로부터는 그 동작 벡터가 공급된다. 동작 보상회로(38)는 화상 메모리를 구비하고, 해당 화상 메모리로부터 동작 벡터에 근거하여 예측 MB 신호를 판독 출력한다. 연산기(32)는 단자(30)로부터의 입력 MB 신호를 가산 신호로 하고, 상기 동작 보상 회로(38)로부터의 상기 예측 MB 신호를 감산 신호로서 가산 처리를 행함으로써, 상기 입력(MB) 신호와 예측(MB) 신호의 차분을 계산하여, 해당 차분을 예측잔차 MB 신호로서 출력한다. 또, 도시되지 않은 화상 부호화 모드에 의해 지시되어, 입력 화상을 프레임내(Intra) 부호화하는 경우, 예측을 행하지 않고, 입력 MB 신호가 그 대로 연산기(32)로부터 출력된다. 상기 예측잔차 MB 신호(예측을 행하지 않을 때는 입력 MB 신호)는 DCT 회로(33)로 이송된다. 이 DCT 회로에서는 상기 예측잔차 MB 신호에 대하여 2차원 DCT를 실시한다. 이 DCT 회로(33)로부터 출력된 DCT 계수는 양자화 회로(34)에서, 소정의 고정치의 스텝 사이즈로 양자화된다. 이 양자화 회로(34)의 양자화 출력 신호는 가변 길이 부호화 회로(39)와 역양자화 회로(35)로 이송된다. 가변 길이 부호화 회로(39)에서는 상기 양자화 출력 신호에 대하여 예를 들면, 하프맨 부호화를 실시한다. 이 가변 길이 부호화 회로(39)의 출력 신호는 발생 부호량 카운터(40)로 이송되고, 단위 시간 마다의 발생 부호량의 총합(D2)이 계산된다. 한편, 역양자화 회로(35)에서는 양자화 회로(34)에서 사용된 양자화 스텝에 대응하여, 상기 양자화 출력 신호에 역양자화 처리를 실시한다. 해당 역양자화 회로(35)의 출력은 역 DCT 회로(36)에 입력되어, 여기서 역 DCT 처리되어 복호된 예측잔차 MB 신호가, 연산기(37)로 입력된다. 이 연산기(37)에는 또, 상기 연산기(32)에 공급되어 있는 예측 MB 신호와 동일의 신호가 공급되어 있다. 연산기(37)는 상기 복호된 예측잔차 MB 신호에 예측 MB 신호를 가산한다. 이것에 의해, 국소 복호된 화상 신호를 얻게된다. 국소 복호된 화상 신호는 동작 보상회로(38) 중의 화상 메모리에 기억되어, 다음 동작 보상의 참조 화상으로서 사용된다.
다음에, 도 1의 할당 비트량 계산기(14)는 단위 시간 길이의 입력 화상의 부호화 난이도(d)에 대하여, 할당 비트량의 참고치(b)를 출력한다. 예를 들면, 종래 예로 설명한 1 패스 방식의 가변 비트율 부호화 방식과 같이 기준이 되는 동화상 시퀀스를 소정의 평균 비트율로 가변 비트율 부호화했을 때의 단위 시간 마다의 부호화 난이도와 할당 비트량을 도 10에 도시된 바와 같이 관계되고, 이 관계에 근거하여, 부호화 난이도 계산기(13)에서 계산된 부호화 난이도(d)에 대하여, 할당 비트량의 참고치(b)를 출력한다. 도 10에 도시된 관계는 입력 동화상의 종류, 예를 들면 영화 소스나 카메라 촬영의 비디오 소스 등에 의해서 전환하는 것이 유효하다.
도 1의 제어기(15)는 할당 비트량 계산기(14)로부터 입력된 할당 비트량의 참고치(b)를 실제의 할당 비트량(bx)으로 변경하여 출력한다. 제어기(15)는 신호 기록 매체에 기록가능한 시간 길이의 동화상 시퀀스를 부호화하였을 때의 발생 비트량의 총합이, 신호 기록 매체 중에서 동화상의 기록에 사용되는 비트량 이하로 되도록 실제의 할당 비트량(bx)을 제어한다.
제어기(15)가 행하는 할당 비트량의 참고치(b)를 실제의 할당 비트량(bx)으로 변경하는 알고리즘의 구체예에 관해서, 도 4의 플로우챠트를 참조하여 설명한다. 도 4의 스텝 100에서는 값 S(=Bav-Bgen)의 초기치, 즉 입력 동화상을 일정 비트율(Rav)로 부호화하는 경우의 현재까지의 할당 비트량의 총합(Bav)과 현재까지의 실제의 발생 부호화 비트량의 총합(Bgen)의 차(Bav-Bgen)의 초기치를 세트한다. 여기서, Rav는
Rav= Bv/TSEQ
Bv: 신호 기록 매체 중에서 동화상의 기록에 사용되는 비트량
TSEQ: 신호 기록 매체에 기록 가능한 동화상 시퀀스의 시간 길이이다.
새로운 기록 매체에 처음부터 신호를 기록할 때는 S=0으로 하거나, 또는 기록 매체의 기억 용량에 소정 크기의 마진을 잡고 있는 경우는 그 마진량을 S의 초기치로 한다. 또한, 그 기록 매체를 이미 사용하고 있어, 그 빈 영역에 신호를 기록할 때에는 전회의 신호 기록시의 마지막의 값 S(또는 S에 상당하는 값)을, 그 기록 매체에 기록하고, 이번의 신호 기록에 앞서서 값 S를 그 기록 매체로부터 판독 출력하여, 그것을 값 S의 초기치로 한다.
스텝 101에서는 동화상 시퀀스의 입력을 개시한다.
다음 스텝 102에서는 현재의 단위 시간 길이의 입력 화상의 부호화의 할당 비트량의 참고치(b), 즉 도 1의 할당 비트량 계산기(14)가 주게되는 값을 제어기(15)가 판독 입력한다.
다음에, 스텝 l03에서는 상기 할당 비트량의 참고치(b)와 평균 할당 비트량(bav)을 비교한다. 값(bav)은 도 1의 단자(10)로부터 주어지는 값이고,
bav=TGOP×Bv/TSEQ
Bv: 신호 기록 매체 중에서 동화상의 기록에 사용할 수 있는 비트량
TSEQ: 신호 기록 매체에 기록할 수 있는 동화상 시퀀스의 시간 길이
TGOP: 단위 시간 길이
로 계산된다.
상기 할당 비트의 참고치(b)가 평균 할당 비트량(bav)보다도 큰 경우(bbav)는 스텝 104로 진행한다. 한편, 참고치(b)가 bav이하의 경우는 스텝 107로 진행한다.
스텝 104에서, 값(S)이 값(b-bav)이상인 경우(S≥b-bav)는 스텝 105로 진행한다. 한편, 값(S)이 값(b-bav)보다 작은 경우는 스텝 106으로 진행한다.
스텝 105에서는 실제의 할당 비트량(bx), 즉 도 1의 제어기(l5)가 출력하는 값을 상기 참고치(b)로 한다(bx=b).
스텝 106에서는 실제의 할당 비트량(bx)을 bav로 하고(bx=bav), 스텝 107에서는 실제의 할당 비트량(bx)을 b로 한다(bx=b).
이들의 스텝 105, 106, 107의 다음에는 어느 것이나 스텝 108로 진행하여, 이 스텝 108에서는 현재의 단위 시간 길이의 입력 화상을 도 1의 동화상 부호화기(18)로 할당 비트량(bx)이 되도록 부호화한다. 이 부호화가 종료하면, 동화상 부호화기(18)에서 실제로 발생한 부호화 비트량(bgen)이 출력되어, 제어기(15)로 입력된다.
스텝 109에서는 상기치(S)에 값(bav-bgen)을 더한다. 즉,
S=S+(bav-bgen)
로 한다.
스텝 110에서는 다음 단위 시간 길이의 입력 화상의 처리로 이동한다.
다음 스텝 111에서는 동화상 시퀀스의 입력이 종료했는지의 여부, 즉 시퀀스의 종단(End of sequence)에 달했는지의 여부를 판별하여, YES일 때, 부호화 처리를 종료한다. 그렇지 않을 때는 스텝 102로 복귀되고, 다시 일련의 처리를 계속한다.
도 1의 제어기(15)는 예를 들면 이 도 4의 순서에 따라서 처리를 행함으로써, 실제의 할당 비트량(bx)을 동화상 부호화기(18)로 지정한다.
도 1의 지연기(16)는 전술된 바와 같이 단위 시간 길이의 입력 화상(S1)의 전치 필터(16)에의 입력을 단위 시간만큼 지연한다. 또, 부호화 난이도 계산기(13)를 도 2의 블록도의 구성으로 하였을 때는 지연기(16)는 반드시 필요하지 않다.
도 1의 전치 필터(17)는 제어기(15)로부터 출력되는 처리 정보(S5)에 근거하여, 입력 화상(S2)을 적응적으로 로우패스 필터 처리하여, 처리 화상(S3)을 출력한다. 제어기(15)에 있어서, 상술한 도 4의 플로우챠트의 스텝 106의 상태일 때, 즉 단위 시간의 입력 화상의 부호화 난이도가 비교적 높고, 할당 비트량의 참고치(b)가 평균 할당 비트(bav)보다 크지만, 실제의 할당 비트량(bx)을 bav로 억제되었을 때, 부호화 열화를 두드러지기 어렵게 하기 위해서, 전치 필터(17)로 입력 화상을 로우패스 필터 처리하도록 처리 정보(S5)를 출력한다. 이 때의 처리 정보(S5)의 내용은 값(b-bav)이 클수록, 통과 대역이 좁은 로우 패스 필터 처리하도록 하면 된다. 제어기(15)에 있어서, 도 4의 플로우챠트의 스텝 105 또는 스텝 107의 상태일 때는 전치 필터(17)는 화상 S2를 그대로 S3로서 출력한다.
또, 도 1의 블록도 중에서 전치 필터(17)는 반드시 필요하지 않지만, 이것을 사용함으로써, 부호화 열화를 두드러지지 않게 하는 효과가 크다.
도 1의 동화상 부호화기(18)는 입력 화상(S3)을 할당 비트량(bx)이 되도록 부호화한다. 도 5에 동화상 부호화기(18)의 구성예를 예시하는 블록도를 도시한다. 상술의 도 3의 부호화 난이도 계산기의 구성과 같은 부분이 많고, 동일의 구성 요소에 관해서는 블록 번호를 같게 하고 있다. 도 3과 다른 부분에 관해서 이하에 설명한다.
도 5의 단자(50)로부터 할당 비트량(bx)이 입력되어, 양자화 스케일 제어기(51)에 입력된다. 가변 길이 부호화기(39)는 예를 들면 ISO/IEC 13818-2(MPEG2 video)의 신택스에 의거한 비트스트림을 출력한다. 발생 부호량 카운터(52)는 단위시간내에 가변 길이 부호화기(39)로부터 출력되는 부호량을 카운트하여, 그 카운트치(S7)를 양자화 스케일 제어기(51)에 입력한다. 양자화 스케일 제어기(51)는 단위시간의 발생 부호량(S7)이 할당 비트량(bx)이 되도록, 양자화 스텝 S8을 양자화기(53)에 출력한다. 상기 비트스트림은 버퍼(54)로 입력되어, 단자(55)로부터 소정의 비트율로 판독 출력된다. 또한, 단자(56)로부터 단위 시간에서의 발생 비트량(bgen)이 출력된다.
부호화 비트스트림(S6)은 도 1의 단자(19)로부터 출력된다. 이 비트스트림은 신호 기록 매체에 기록되거나, 전송로를 통해 전송된다.
도 6에는 신호 기록 매체의 일례로서, 광디스크(85)를 사용한 예에 관해서 설명한다. 이 도 6에 있어서, 단자(80)에는 상기 부호화 비트스트림(S6)이 공급된다. 비트스트림(S6)은 다중화기(81)에 입력된다. 다중화기(81)는 비트스트림(S6)과 도시되지 않은 다른 오디오 신호 등의 부호화 비트스트림을 시분할로 다중화하여, 하나의 다중화 비트스트림으로 한다. 이 다중화 비트스트림은 ECC 인코더(82)에 의해 에러 콜렉션 코드가 부가되어, 변조회로(83)로 이송된다. 상기 변조회로(83)에서는 상기 ECC 인코더(82)의 출력에 대하여, 소정의 변조처리, 예를 들면 8-14변조등의 처리를 실시한다. 이 변조회로(83)의 출력은 기록헤드(84)로 이송되고, 이 기록헤드에서 신호가 광디스크(85)에 기록된다.
또, 도 6의 예에서는 신호 기록 매체로서 광디스크를 예로 들었지만, 자기 테이프 등의 테이프형상 기록 매체나, 하드 디스크나 플렉시블 디스크 등의 자기 디스크 매체, IC 카드나 각종 메모리 소자 등의 반도체 기억 매체 등의 신호 기록 매체에 대하여, 본 발명 장치로써 부호화된 신호를 기록하는 것도 가능하다. 또한, 광디스크에서는 비트에 의한 기록이 이루어진 디스크나, 광자기 디스크 이 외에, 상변화형 광디스크나 유기색소형 광디스크, 자외선 레이저광에 의해 기록이 이루어진 광디스크, 다층 기록막을 갖는 광디스크 등의 각종 디스크를 사용할 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것이 아니라, 예를 들면 취급하는 디지털 신호는 동화상 신호에 한정되지 않고, 오디오 신호 등에도 적용할 수 있다. 이밖에, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서, 여러가지의 변경이 가능함은 물론이다.
본 발명에 의하면, 입력 신호가 속하는 종류의 일반의 입력 신호에 의해 미리 표준화된 단위 시간 마다의 부호화 난이도와 할당 부호량을 연관지어, 입력 신호의 단위 시간 마다의 부호화 난이도를 구하고, 이 입력 신호의 단위 시간 마다의 부호화 난이도에 대하여 상기 관련된 상기 단위 시간 마다의 할당 부호량의 참고치를 구하며, 상기 할당 부호량의 참고치를 실제의 할당 부호량으로 변경하여, 상기 실제의 할당 부호량에 근거하여 상기 단위 시간마다 입력 신호를 부호화하여 부호화 데이터를 생성하고 있기 때문에, 신호의 입력에 따라서, 리얼 타임으로 신호가 복잡함에 따른 최적의 할당 부호량으로 부호화를 행할 수 있다.
상기 할당 부호량의 참고치를 실제의 할당 부호량으로 변경하는 일례는 기록 매체에 기록 가능한 시간 길이의 신호를 부호화하였을 때의 발생 비트의 총합이，기록 매체에의 신호 기록에 사용할 수 있는 비트 이하가 되도록, 실제의 할당 비트량을 제어하는 것을 들 수 있고, 이것에 의해서 소정의 시간 길이의 신호를 일정한 기억 용량의 기록 매체에 수록할 수 있는 것을 보증할 수 있다.
이것은 예를 들면, 단위 시간 마다의 입력 신호를 일정한 할당 비트량(bav)으로 부호화하는 경우의 현재까지의 할당 비트의 총합(Bav)과 현재까지의 실제의 발생부호화 비트량의 총합(Bgen)을 비교하여, 값(Bav-Bgen)이 양일 때에, bav이상의 할당 비트량이 주어지는 것을 허가하는 것을 들 수 있다. 여기서 bav는
bav= TGOP×Bv/TSEQ: 신호 기록 매체 중에서 동화상의 기록에 사용할 수 있는 비트량
Bv: 신호 기록 매체중에서 동화상의 기록으로 사용할 수 있는 비트량
TSEQ: 신호 기록 매체에 기록할 수 있는 동화상 시퀀스의 시간 길이
TGOP: 단위 시간 길이
로 주어지는 것이다. 이것에 의해서 소정의 시간 길이의 신호를 일정한 기억용량의 기록 매체에 수록할 수 있는 것을 보증할 수 있다.
상기 할당 부호량의 참고치를 실제의 할당 부호량으로 변경했을 때의 정보에 근거하여, 입력 신호에 전치 필터 처리를 실시하여, 그 처리 신호를 부호화함으로써, 신호의 부호화 열화를 두드러지지 않게 할 수 있다. 구체적으로는 상기 실제의 할당 부호량을 할당 부호량의 참고치보다도 작게 억제하는 경우에, 입력 화상에 로우패스 필터 처리를 함으로써, 화상의 부호화 열화를 두드러지지 않게 할 수 있다.
신호의 부호화와 기록 매체에의 부호화 신호의 기록을 여러번으로 나누어 행할 때는 상기치(Bav-Bgen) 또는 이것에 상당하는 값을 기록 매체에 기록하고, 다음에, 그 기록 매체의 빈 영역에 신호를 기록했을 때, 신호 기록에 앞서서, 상기치(Bav- Bgen) 또는 이것에 상당하는 값을 그 기록 매체로부터 판독 출력하여, 이 값에 의거하여 단위 시간 마다의 입력 신호의 할당 비트량을 계산하기 때문에, 기록 매체의 기억 용량을 유효하게 사용할 수 있다.
또한, 상기 입력 신호가 동화상 신호인 경우에, 상기 부호화 난이도를 입력화상의 소정 시간 마다의 화상 특성 정보에 근거하여 구하여, 이 화상 특성 정보에 의해 인간의 시각 특성이 반영된 할당 부호량에서 부호화를 함으로써, 효율성 있는 동화상 부호화가 실현된다.

Claims (17)

  1. 입력 신호의 단위 시간 마다의 부호화 난이도를 구하는 공정과,
    상기 입력 신호가 속하는 종류의 일반 입력 신호에 의해 미리 표준화된 단위 시간 마다의 부호화 난이도와 할당 부호량을 연관지어, 상기 입력 신호의 단위 시간 마다의 부호화 난이도에 대하여 상기 관련된 상기 단위 시간 마다의 할당 부호량의 참고치를 구하는 공정과,
    상기 할당 부호량의 참고치를 실제의 할당 부호량으로 변경하는 공정과,
    상기 실제의 할당 부호량에 근거하여 상기 단위 시간마다 입력 신호를 부호화하여 부호화 데이터를 생성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 신호 부호화 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 할당 부호량의 참고치를 실제의 할당 부호량으로 변경하는 공정은 기록매체에 기록 가능한 시간 길이의 신호를 부호화하였을 때의 발생 비트량의 총합이, 기록 매체로의 신호 기록에 사용할 수 있는 비트량 이하가 되도록, 실제의 할당 비트량을 제어하는 것을 특징으로 하는 신호 부호화 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 할당 부호량의 참고치를 실제의 할당 부호량으로 변경하는 공정은 단위 시간 마다의 입력 신호를 일정한 할당 비트량(bav)으로 부호화할 때의 현재까지의 할당 비트량의 총합(Bav)과 현재까지의 실제의 발생 부호화 비트량의 총합(Bgen)을 비교하여, 값(Bav-Bgen)이 양일 때에,
    bav= TGOP×Bv/TSEQ
    Bv: 신호 기록 매체 중에서 동화상의 기록에 사용할 수 있는 비트량
    TSEQ: 신호 기록 매체에 기록할 수 있는 동화상 시퀀스의 시간 길이
    TGOP: 단위 시간 길이
    로 주어지는 bav이상의 할당 비트량이 주어지는 것을 허가하는 것을 특징으로 하는 신호 부호화 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 신호의 부호화와 기록 매체로의 부호화 신호의 기록을 여러번으로 나누어 행할 때에, 상기 값(Bav-Bgen) 또는 이것에 상당하는 값을 기록매체에 기록하고, 다음에 그 기록 매체의 빈영역에 신호를 기록할 때에, 신호 기록에 앞서서, 상기 값(Bav-Bgen) 또는 이것에 상당하는 값을 그 기록 매체로부터 판독하며, 이 값에 근거하여 단위 시간 마다의 입력 신호의 할당 비트량을 계산하는 것을 특징으로 하는 신호 부호화 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 할당 부호량의 참고치를 실제의 할당 부호량으로 변경할 때의 정보에 근거하여, 입력 신호에 전치 필터 처리를 실시하고, 그 처리 신호를 부호화하는 것을 특징으로 하는 신호 부호화 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 전치 필터 처리는 상기 실제의 할당 부호량을 할당 부호량의 참고치보다도 작게 억제할 때에, 입력 화상에 로우 패스 필터 처리를 하는 것을 특징으로 하는 신호 부호화 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 입력 신호가 동화상 신호일 때, 상기 부호화 난이도를 입력 화상의 소정 시간 마다의 화상 특성 정보에 근거하여 구하고, 상기 화상 특성 정보에 의해 인간의 시각 특성이 반영된 할당 부호량으로 부호화를 행하는 것을 특징으로 하는 신호 부호화 방법.
  8. 입력 신호의 단위 시간 마다의 부호화 난이도를 구하는 부호화 난이도 계산수단과,
    상기 입력 신호가 속하는 종류의 일반 입력 신호에 의해 미리 표준화된 단위 시간 마다의 부호화 난이도와 할당 부호량을 연관지어, 입력 신호의 단위 시간 마다의 부호화 난이도에 대하여 상기 관련된 상기 단위 시간 마다의 할당 부호량의 참고치를 구하는 할당 부호량 참고치 계산 수단과,
    상기 할당 부호량의 참고치를 실제의 할당 부호량으로 변경하는 수단과,
    상기 실제의 할당 부호량에 근거하여 상기 단위 시간마다 입력 신호를 부호화하여 부호화 데이터를 생성하는 부호화 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 신호 부호화 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 할당 부호량의 참고치를 실제의 할당 부호량으로 변경하는 수단은 기록 매체에 기록 가능한 시간 길이의 신호를 부호화하였을 때의 발생 비트량의 총합이, 기록 매체로의 신호 기록에 사용할 수 있는 비트량 이하가 되도록, 실제의 할당 비트량을 제어하는 것을 특징으로 하는 신호 부호화 장치.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 할당 부호량의 참고치를 실제의 할당 부호량으로 변경하는 수단은 단위 시간 마다의 입력 신호를 일정한 할당 비트량(bav)으로 부호화했을 때의 현재까지의 할당 비트량의 총합(Bav)과 현재까지의 실제의 발생 부호화 비트량의 총합(Bgen)을 비교하여, 값(Bav-Bgen)이 양일 때에,
    bav=TGOP×Bv/TSEQ
    Bv: 신호 기록 매체 중에서 동화상의 기록에 사용할 수 있는 비트량
    TSEQ: 신호 기록 매체에 기록할 수 있는 동화상 시퀀스의 시간 길이
    TGOP:단위 시간 길이
    로 주어지는 bav이상의 할당 비트량이 주어지는 것을 허가하는 것을 특징으로 하는 신호 부호화 장치.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 입력 신호에 전치 필터 처리를 실시하는 필터 수단을 갖고,
    상기 필터 수단은 상기 실제의 할당 부호량을 할당 부호량의 참고치 보다도 작게 억제할 때에, 입력 화상에 로우 패스 필터 처리를 하는 것을 특징으로 하는 신호 부호화 장치.
  12. 부호화된 신호가 기록되는 신호 기록 매체에 있어서,
    상기 부호화된 신호는,
    입력 신호의 단위 시간 마다의 부호화 난이도를 구하고,
    상기 입력 신호가 속하는 종류의 일반의 입력 신호에 의해 미리 표준화된 단위 시간 마다의 부호화 난이도와 할당 부호량을 연관지어, 상기 입력 신호의 단위 시간 마다의 부호화 난이도에 대하여 상기 관련된 상기 단위 시간 마다의 할당 부호량의 참고치를 구하고,
    상기 할당 부호량의 참고치가 실제의 할당 부호량으로 변경되며,
    상기 실제의 할당 부호량에 근거하여 상기 단위 시간마다 입력 신호를 부호화하여 얻게 되는 것을 특징으로 하는 신호 기록 매체.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 할당 부호량의 참고치의 실제 할당 부호량으로의 변경은 단위 시간 마다의 입력 신호를 일정한 할당 비트량(bav)으로 부호화했을 때의 현재까지의 할당 비트량의 총합(Bav)과 현재까지의 실제의 발생 부호화 비트량의 총합(Bgen)을 비교하여, 값(Bav-Bgen)이 양일 때에,
    bav=TGOP× BV/TSEQ
    Bv: 신호 기록 매체 중에서 동화상의 기록에 사용할 수 있는 비트량
    TSEQ: 신호 기록 매체에 기록할 수 있는 동화상 시퀀스의 시간 길이
    TGOP: 단위 시간 길이
    으로 주어지는 bav이상의 할당 비트량이 주어지는 것을 허가함으로써 행해지는 것 을 특징으로 하는 신호 기록 매체.
  14. 제 13 항에 있어서, 신호의 부호화와 신호 기록 매체로의 부호화 신호의 기록을 여러번 나누어 행할 때에, 상기 값(Bav-Bgen) 또는 이것에 상당하는 값을 상기 신호 기록 매체에 기록하고, 다음에 그 기록 매체의 빈 영역에 신호를 기록했을 때에, 신호 기록에 앞서서, 상기 값(Bav-Bgen) 또는 이것에 상당하는 값을 그 기록 매체로부터 판독하며, 이 값에 근거하여 단위 시간 마다의 입력 신호의 할당 비트량을 계산하는 것을 특징으로 하는 신호 기록 매체.
  15. 입력 신호의 단위 시간 마다의 부호화 난이도를 구하는 공정과,
    상기 입력 신호가 속하는 종류의 일반의 입력 신호에 의해 미리 표준화된 단위 시간 마다의 부호화 난이도와 할당 부호량을 연관지어, 상기 입력 신호의 단위 시간 마다의 부호화 난이도에 대하여 상기 관련된 상기 단위 시간 마다의 할당 부호량의 참고치를 구하는 공정과,
    상기 할당 부호량의 참고치를 실제의 할당 부호량으로 변경하는 공정과,
    상기 실제의 할당 부호량에 근거하여 상기 단위 시간마다 입력 신호를 부호화하여 부호화 데이터를 생성하는 공정과,
    생성된 부호화 데이터를 전송하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 신호 전송 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 할당 부호량의 참고치를 실제의 할당 부호량으로 변경했을 때의 정보에 근거하여, 입력 신호에 전치 필터 처리를 실시하고, 그 처리 신호를 부호화하는 것을 특징으로 하는 신호 전송 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 전치 필터 처리는 상기 실제의 할당 부호량을 할당 부호량의 참고치 보다도 작게 억제했을 때에, 입력 화상에 로우 패스 필터 처리를 하는 것을 특징으로 하는 신호 전송 방법.
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