KR19990006827A - 데이터 압축 시스템 - Google Patents

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Abstract

비디오 데이터 압축 시스템은 웨이브릿(wavelet) 변환 회로(580)를 사용하고 다른 점에서는 MPEG Ⅱ 압축 시스템의 방식으로 동작한다. 압축된 데이터는 예를들면 디지털 비디오 테이프 레코더에 의해 테이프와 같은 매체 상에 저장하는데, 상기 매체 및 레코더는 헤드 고장 및/또는 테이프 결함에 의해 데이터에서 에러를 발생시킬 수도 있다. 재생동안 데이터가 손실되면 사용될 은닉 형태를 나타내는 은닉 데이터를 생성하기 위해서 수단(5)이 제공된다. 다양한 은닉 기술이 사용된다. 변환된 데이터의 몇 몇은 변환 동안 주파수 변환된다. 이러한 데이터는 에러를 은닉하기 위해 고역 필터링을 받게된다. 은닉 데이터는 에러가 기록 이전에 생성되고 데이터와 함께 기록된 경우에 사용될 가장 적절한 형태의 은닉을 나타낸다. 은닉 데이터는 은닉 데이터가 관련된 데이터의 트랙과는 상이한 트랙 상에 기록된다. 은닉 데이터는 시험적인 은닉을 제공하고/제공하거나 상이한 형태의 데이터에 대해 선정된 은닉 데이터를 제공함으로써 생성될 수 있다.

Description

데이터 압축 시스템
본 발명은 데이터 압축 시스템 및 압축된 데이터에서의 에러 은닉(concealing)에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예는 기록 장치로부터 재생되는 압축된 데이터에서의 에러를 은닉하는 것에 관련한다. 양호한 실시예에 있어서 데이터는 웨이브릿 변환과 같은 2차원 공간 주파수 변환에 의해 변환된다. 본 발명의 배경 및 본 발명은 웨이브릿 변환된 비디오 데이터를 참조로 실시예를 통해 본원에서 상술된다.
웨이브릿 변환은 공지되어 있다. 도 1을 참조하면, 변환될 데이터는 다수의 2차원 공간 주파수 대역(frequency band)을 차지한다. 도 1의 실시예에서 0에서 6으로 표기된 7 개의 대역(bands)이 존재한다. 9 개 이상의 대역이 존재할 수도 있다. 웨이브릿 변환은 대역(4, 5 및 6)의 비디오 데이터가 1/2 만큼 수평 및 수직으로 서브샘플(sub-sample)되어 1/4 크기의 이미지를 나타내도록 데이터를 변환한다. 비디오 데이터 대역(0, 1, 2 및 3)은 1/4 만큼 수평 및 수직으로 서브샘플되어 1/16 크기의 이미지를 나타낸다. 수평 공간 주파수는 화살표(H)에 의해 나타내어진 바와 같이 일반적으로 왼쪽에서 오른쪽으로 증가하고, 수직 공간 주파수는 화살표(V)에 의해 나타내어진 바와 같이 일반적으로 위에서 아래로 증가한다. 통상적으로 최상위 이미지 데이터(most significant image data)는 최저 주파수 대역(0)에 존재하고, 최하위 이미지 데이터(least significant image data)는 최고 주파수 대역(6)에 존재하는 것이 알려져 있다.
아주 잘 알려진 바와 같이, 비디오 데이터는 테이프와 같은 매체 상에 기록된다. 테이프 결함 및 헤드 고장 등을 포함하는 여러 요인으로 인해, 데이터 기록 시 에러가 발생할 수 있다. 에러를 검출하고 이들 에러를 은닉하는 것은 공지되어 있다. 은닉은 일반적으로 에러 상태의 데이터를 인접 데이터의 평균의 형태, 즉 저역 필터링(low pass filtering)의 형태에 의해 대체함으로써 수행된다.
웨이브릿 변환은 대역(1 내지 6) 내의 데이터가 변환 이후에 주파수 반전(invert)되는 속성을 갖는다. 저역 필터링은 주파수 반전된 데이터를 갖는 웨이브릿 변환된 데이터에 적용될 때 데이터 에러에 대해서 항상 최적의 대체 값을 생성하는 것은 아니다.
본 발명의 한 양상에 따르면, 적어도 한 대역에서의 데이터가 주파수 반전되고, 적어도 하나의 다른 대역에서의 데이터가 주파수 비반전되는 다수의 2차원 공간 주파수 대역을 차지하도록 인코드된 데이터에서의 에러를 은닉하는 방법이 제공되는데, 주파수 반전된 데이터는 에러를 은닉하기 위해 고역 공간 필터(high pass spatial filter)에 의해 여과(filter)되고, 주파수 비반전된 데이터는 에러를 은닉하기 위해 저역 공간 필터에 의해 여과된다.
본 발명의 상기 한 양상은, 적어도 한 대역에서의 데이터가 주파수 반전되고, 적어도 하나의 다른 대역에서의 데이터가 주파수 비반전되는 다수의 2 차원 공간 주파수 대역을 차지하도록 인코드된 데이터에서의 에러를 은닉하기 위한 장치를 또한 제공하는데, 상기 장치는,
데이터 에러 및 에러가 있는 데이터의 공간 주파수 대역을 검출하기 위한 수단과, 상기 검출 수단에 응답하여 데이터에서의 에러를 은닉하기 위해 주파수 반전된 데이터를 고역 필터링하고, 데이터에서의 에러를 은닉하기 위해 주파수 비반전된 데이터를 저역 필터링하는 필터 수단을 포함한다.
다양한 은닉 기술에 의해 비디오 데이터 에러를 은닉하는 것은 공지되어 있다. 상기 기술은,
a) 에러가 있는 데이터 항목을 자신과 가장 가까이 이웃하는 데이터 항목과 대체하는 단계와(상기 이웃 항목은 수평, 수직 또는 대각으로 이웃할 수 있다);
b) 에러가 있는 데이터 항목을:
음의 대각 은닉;
양의 대각 은닉;
수평 대각 은닉;
수직 대각 은닉에서의 에러 각각의 이웃의 가중된 합에 의해 대체하는 단계; 및
c) 인접한 필드 또는 프레임으로부터의 데이터를 사용하는 일시적인 은닉의 단계를 포함한다.
웨이브릿 변환된 데이터에 있어서 상이한 공간 주파수에 대해서 상이한 은닉 기술이 적절함이 판명되었다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 에러의 영향을 받게될 압축된 데이터를 처리하는 방법이 제공되는데, 상기 방법은, 압축된 데이터와 관련하여, 발생하는 임의의 에러를 은닉하기 위해 사용될 에러 은닉의 형태를 나타내는 은닉 데이터를 제공하는 단계를 포함한다.
상기 본 발명의 다른 양상은 데이터를 압축하기 위한 장치를 제공하는데, 상기 장치는 데이터를 압축하기 위한 수단 및 발생하는 임의의 에러를 은닉하기 위해 사용될 에러 은닉의 형태를 나타내는 은닉 데이터를 생성하고, 상기 은닉 데이터를 압축된 데이터와 관련시키기 위한 수단을 포함한다.
은닉 처리의 일부로서 다수의 상이한 은닉 값을 결정하고 비교할 필요 없이 데이터 에러의 은닉이 은닉 데이터에 의해 결정되는 가장 적절한 방식으로 발생하기 때문에 은닉 데이터를 제공하는 것은 데이터 에러의 은닉을 단순화시키고 향상시킨다. 상기 본 발명의 다른 양상의 일 실시예에 있어서, 다수의 상이한 형태의 은닉을 나타내는 데이터는 압축된 데이터의 각각의 상이한 항목과 연관하여 제공된다.
도 1을 다시 참조하면, 많은 대역(예를들면 0에서 6의 7개 대역)이 존재하는데, 각각은 이미지를 나타낸다. 은닉은 특정 대역에 대해서 적절해야만 한다. 따라서, 각 대역의 상이한 데이터 항목에 적절한 잠재적으로 상이한 형태의 은닉을 갖는 7 개의 대역에 대해서, 은닉 데이터의 양은 상당히 많아지게 되어 압축된 데이터 스트림에 대해 중요한 오버헤드(overhead)가 될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면 2 차원 공간 주파수 대역에 의해 데이터가 변환되는데, 상기 데이터는 다수의 상이한 2 차원 공간 주파수 대역을 차지하고, 상이한 형태의 은닉 데이터가 제공되며, 유사한 공간 주파수 특성을 갖는 대역은 유사한 형태의 은닉 데이터와 관련된다.
되도록 웨이브릿 대역은 유사한 공간 특성을 갖는 그룹, 예를들면 4 개의 그룹으로 그룹화된다. 한 그룹 내의 모든 대역에 대해 동일한 은닉 데이터가 사용된다. 이것은 전송되는데 필요한 은닉 데이터의 양을 감소시킨다.
은닉 데이터를 제공하는 목적 중 하나는, 예를들면 테이프 결함으로 인해 테이프와 같은 기록 매체 상에 압축된 데이터를 기록하는 과정에 의해 나타나게 될 에러를 은닉하는 과정을 단순화하는 것이다. 그러나, 은닉 데이터가 압축된 데이터와 함께 전송되는 경우, 압축된 데이터에서 발생하는 에러와 동일한 이유로 에러가 발생할 수도 있다.
본 발명에 따른 또 다른 양상에 따르면, 기록 매체 상의 트랙에 데이터를 기록하는 방법이 제공되는데 은닉 데이터가 관련된 압축 데이터의 트랙과는 상이한 트랙에 은닉 데이터를 기록하는 단계를 포함한다.
상기 본 발명의 또 다른 양상은 기록 매체 상의 트랙에 데이터를 기록하기 위한 수단을 또한 제공하는데 상기 기록 수단은 은닉 데이터가 관련된 압축 데이터의 트랙과는 상이한 트랙에 은닉 데이터를 기록한다.
다수의 비디오 기록 헤드에 의해 다수의 트랙에 데이터를 기록하는 비디오 데이터 레코더를 사용하여 데이터를 기록하는 일 실시예에 있어서, 은닉 데이터는 상이한 헤드를 통해 은닉 데이터가 관련하는 압축된 데이터에 기록된다. 이것은 압축된 데이터 및 그와 관련된 은닉 데이터의 동시 손실의 가능성을 감소시킨다.
본 발명의 더 나은 이해를 돕기 위해, 첨부된 도면을 참조로 실시예의 형태로 설명될 것이다.
도 1은 웨이브릿 변환(wavelet transform)에 따라 변환된 데이터의 2 차원 공간 주파수 표현도.
도 2는 웨이브릿 변환 회로의 블록도.
도 3은 도 2의 회로에 의해 생성된 데이터 구조를 나타내는 도면.
도 4는 도 2에 도시된 변환 회로를 포함하는 데이터 압축기의 블록도.
도 5는 데이터 압축 해제기(decompressor)의 블록도.
도 6a 및 도 6b는 은닉 데이터를 제공하고 에러를 은닉하기 위한 예증적인 회로의 블록도.
도 7은 은닉 데이터를 생성하기 위한 회로의 다른 예를 나타내는 블록도.
도 8은 수직 은닉 데이터를 생성하기 위한 회로의 블록도.
도 9는 수평 은닉 데이터를 생성하기 위한 회로의 블록도.
도 10은 에러 은닉 회로의 블록도.
♠도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명♠
2 : 데이터 압축기 52 : 디멀티플렉서
53 : 리멀티플렉서 510 : 프레임 재정렬기
530 : 모션 평가기 540 : 모션 예측기
570 : 엔트로피 인코더 571 : 엔트로피 디코더
573 : 셔플 회로 580 : 웨이브릿 변환 유닛
590 : 양자화기 591 : 역 양자화기
A. 은닉 데이터 생성, 및 압축된 데이터와는 별도로 은닉 데이터 기록
도 4를 참조하면, 카메라 및 아날로그-디지털 변환기를 포함하는 소스(1)로부터의 이미지 데이터는 상기 데이터를 웨이브릿 인코드하는 데이터 압축기(decompressor; 2)에서 압축되고, 디지털 비디오 테이프 레코더(DVTR; 3)에 의해 테이프 상에 기록된다. 테이프 레코더(3)로부터 재생되는 압축된 데이터는 압축기(2)와는 상보적인 압축 해제기(4)(도 5 참조)에 의해 디코드된다.
테이프 상에 기록된 데이터는 재생시 테이프 결함이나 헤드 고장과 같은 잘 알려진 이유에 의해 유발되는 에러를 발생하게 될 것이다.
하기에 설명되는 것처럼 본 발명의 양상에 따르면, 에러의 은닉을 보조하기 위한 은닉 데이터를 생성하기 위한 수단(5)(도 4 참조)이 제공된다. 은닉 데이터는 데이터 에러를 은닉하는 은닉 회로(6)(도 5 참조)에 의해 사용된다. 기술적인 분야에서 능숙한 자에게 잘 알려진 바와 같이, 은닉(conceal) 수단은 은닉이 없는 상황과 비교해서 에러의 가시적인 효과를 감소시킨다. 은닉은 에러의 효과를 비가시적이 되도록 할 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 종종 이것은 주관적인 화질을 판단함에 있어서 적어도 기술적인 분야에서 능숙한 자에게는 에러가 보이지 않도록 하지는 않는다.
은닉 데이터를 생성하기 위한 상기 수단(5)은 만약 에러가 발생하면 인접한 샘플을 평균하는 방향과 같이 적절한 형태의 은닉을 나타내는 데이터를 생성한다. 이렇게 생성된 은닉 데이터는 은닉이 관련하는 데이터와 관련된다.
DVTR은 예를들면 4 개의 헤드(A 내지 D)를 구비한다. 은닉 데이터는 자신이 관련하는 압축된 데이터를 기록하기 위해 사용되는 상이한 헤드, 즉 A 내지 D를 통해 기록된다. 이것은 압축된 데이터 및 그것이 관련된 은닉 데이터 둘 다의 동시적인 손실의 가능성을 감소시킨다.
디지털 비디오 레코더(3)는 재생 시 데이터 에러를 검출하는 공지의 에러 정정 기술을 사용하여 압축된 데이터 및 은닉 데이터를 기록한다. 이러한 에러 정정 코드의 예로는 널리 공지된 리드-솔로몬 코드가 있다. 이러한 코드를 사용함으로써 그 자체로 공지된, 비디오 테이프 레코더에서, 에러 검출기(3e)는 에러 플래그(ε)에 의해 에러의 영향을 받기 쉬운 데이터를 나타낸다.
에러 은닉 회로(6)는 에러 플래그(ε) 및 데이터 에러를 은닉하는 은닉 데이터에 응답한다. 에러 은닉은 변환된 데이터가 시간 영역으로 역 변환되기 전에 변환 영역에서 발생한다.
B 데이터 압축
B1 웨이브릿 변환
도 2를 참조하면, 웨이브릿 변환 회로의 예증적인 실시예는 2 개의 수평 및 수직 필터 단(filtering stages)(20 및 21)을 포함한다. 단(20)으로 도시된 각 단은 계수 저장부(coefficient stores; 203 및 204)로부터 계수를 각각 공급받는 수평 횡단 필터(201) 및 수직 횡단 필터(202)를 포함한다. 필터(201, 202) 및 계수 저장부(203 및 204)는 공지의 방식으로 웨이브릿 변환을 달성하도록 동작한다; 상기 변환은 본원에서 상세히 기술되지 않을 것이다. 상기 변환은 도 1에 도시된 서브-대역(sub-bands)(0 내지 7) 내에 포함되며 도 3에 도시된 데이터 구조를 생성하도록 서브샘플되는 변환된 샘플을 생성한다. 이것을 행하기 위해 7 개의 서브-대역(0 내지 7)에 각각 대응하는 7 개의 계수 세트는 서브-샘플마다 기저대역(base-band)에 적용된다. 단(20)에 있어서 이들은 Z, 5, Z, 5,…,4, 6, 4, 6…의 순서로 적용된다. 필터 단(20)은 필터(201)에서 2의 인자만큼 수평으로 그리고 필터(202)에서 2의 인자만큼 수직으로 서브-샘플한다. 따라서 단(20)의 출력은 2 차원 공간 주파수 맵(map; 205)으로 매핑될 것이다.
4 분면(quadrants; 4, 5, 6)에서 지연 라인(31)으로의 샘플과 4 분면(Z)에서 필터 단(21)으로의 샘플을 제공하는 디멀티플렉서(206)가 단(20)에 후속한다. 단(21)에 있어서, 단(20)으로부터의 샘플(Z)은 서브-샘플되고 0, 1, 0, 1, …, 4, 6, 4, 6…의 순서로 계수의 영향을 받게된다. 필터 단(21)은 4 분면(Z)의 샘플을 2만큼 수직 및 수평으로 서브-샘플한다. 단(21)의 출력에서의 샘플은 2 차원 맵(211)으로 매핑될 것이다.
계수 저장부(203 및 204)는 적절한 순서로 계수를 판독하는 어드레스 회로(addressing circuit; 72)에 의해 주소 지정된다(addressed). 어드레스 회로(72)는 변환된 데이터가 속하게 되는 대역을 식별하는 데이터를 생성한다. 상기 대역 식별 데이터는 프로세서에서 다른 경우에도 사용된다.
지연 라인(31) 및 출력(33)은 멀티플렉서(34)로 샘플(0 내지 6)을 제공한다.
멀티플렉서(34)는 샘플을 단일 채널(340)로 멀티플렉스한다. 멀티플렉서(34)의 출력은 도 3에 도시되어 있는데, 도 1에 도시된 7 개의 4 분면(0 내지 6)으로부터의 수평 및 수직 순서의 샘플을 도시하고 있다.
B2 양호한 압축 데이터 시스템
도 4를 참조하면, 데이터 압축 시스템(2)의 예증적인 실시예가 도시되어 있다. 도 4에 도시된 압축기(2)는 MPEG Ⅱ 표준안(ISO/IEC Publication DIS 1381/1, March 1995에 상술된, Motion Picture Experts Group Ⅱ)에 의해 정의된 시스템에 따른 데이터 압축기와 유사한 방식으로 구성되고 동작하지만, MPEG Ⅱ 압축기에서 일반적인 이산 코사인 변환(Discrete Cosine Transform) 회로 대신하는 웨이브릿 변환 회로를 구비한다.
도 4의 압축기는 프레임 재정렬기(frame re-orderer; 510), 모션 평가기(motion estimator; 530), 모션 예측기(motion predictor; 540), 감산기(subtrarcter; 550), 가산기(560), (도 2에 도시된) 웨이브릿 변환 유닛(580), 양자화기(quantiser; 590), 엔트로피 인코더(entropy encoder; 570), 엔트로피 디코더(entropy decoder; 571), 역 양자화기(inverse quantiser; 591), 역 웨이브릿 코더(inverse wavelet coder; 581), 디멀티플렉서(52), 리멀티플렉서(remultiplexer; 53) 및 은닉 방향을 결정하기 위한 회로(5)를 포함한다.
도 5에 도시된 장치의 특징은 MPEG 인코더의 특징과 아주 유사한 방식으로 동작한다. 이러한 특징은 본원에서 상세히 기술되지 않을 것이다.
MPEG에서 공지된 바와 같이, 변환된 데이터의 블록은 매크로블록으로 통합되고 매크로블록은 화상으로 조합된다. 세 종류의 화상(I, B, 및 P)이 존재한다. I는 인트라 인코드되고(intra-encoded): 즉 인코딩이 화상에만 기초하고; P 화상은 I 화상에 기초해서 인코드되며; B 화상은 두 개의 인접한 화상(I 또는 P)에 기초해서 인코드된다.
따라서, 간단히 말하면, 프레임 재정렬기(510)는 입력 비디오 데이터를 수신하고 연속하는 화상 그룹(GOP; group of pictures)에 대해 작용하여 GOP 내의 각 화상이 자신이 의존하는 화상에 따라서 압축되도록 화상을 재정렬한다. 예를들면, B-화상(양방향으로 예측된 화상)은 후속하는 I- 또는 P-화상에 의존하며, B-화상은 I- 또는 P-화상에 따라 압축되도록 재정렬된다.
예를들면, 만약 GOP가 다음의 4 개의 초기 프레임(디스플레이 되는 순서로)(I0B1B2P3…)을 포함하면, 여기서 P-화상은 기준으로서 I-화상을 사용하고 두 개의 B-화상은 기준으로서 주위의 I- 및 P-화상을 사용하는데, 프레임 재정렬기(510)는 다음의 순서(I0P3B1B2…)로 압축되도록 GOP를 재정렬할 것이다.
I-화상은 인트라-화상 인코드되는데, 즉 인코딩이 어떠한 다른 기준 화상에도 기초하지 않는다. 따라서 GOP의 I-화상은 프레임 재정렬기(510)로부터 웨이브릿 변환 유닛(580), 자동 양자화기(590) 및 엔트로피 인코더(570)로 전달되어 상기 I-화상을 나타내는 압축된 데이터를 생성한다.
압축된 I-화상 데이터는 엔트로피 디코더(571), 역 양자화기(591), 및 역 웨이브릿 변환 유닛(581)에 의해 형성되는 압축 해제 회로(decompression chain)를 통해 엔트로피 인코더(570)로부터 또한 전달된다. 이것은 모션 예측기(540)로 전달된 디코더에 존재하는 I-화상의 버전을 재구성한다.
기준으로서 I-화상에 의존하는 일반적으로 P-화상인, 압축될 GOP의 다음 화상은 프레임 재정렬기(510)로부터 I-화상 및 P-화상 사이의 이미지 모션을 나타내는 모션 벡터를 생성하는 모션 평가기(530)로 전달된다. 모션 예측기(540)는 이때 모션 벡터 및 I-화상의 디코드된 버전을 사용하여 P-화상의 예측되는 버전을 생성한다. P-화상의 이러한 예측된 버전은 감산기(550)에 의해 실제 P-화상으로부터 감산되고 2 프레임 사이의 차이는 압축을 위해 웨이브릿 변환 유닛(580)으로 전달된다. 전과 마찬가지로, 인코드된(압축된) 차이 데이터는 엔트로피 인코더(570)에 의해 출력되고 그 후 압축 해제 회로(571, 591, 581)에 의해 디코드되어 차이 데이터의 버전을 재생성한다.
가산기(560)에서 상기 차이 데이터는 I-화상의 이전에 압축된 버전에 가산되어 다음 화상의 압축에 사용하기 위해 모션 예측기(540)에 저장되는 P-화상의 압축 해제된 버전을 생성한다.
기준으로서 다른 화상을 사용하는 각 화상이 입력 화상과 기준 화상의 이전에 압축되고 그 후 압축 해제된 버전으로부터의 모션 예측에 의해 형성된 입력 화상의 버전 사이의 차이 데이터를 인코딩함으로써 실제 압축되도록 이러한 처리는 계속된다. 이것은 압축이 압축 해제기에서 이용 가능하게될 화상에 관해 수행되는 것을 의미한다.
화상(I, B, P)의 타입을 식별하는 정보와 양자화 레벨에 관련하는 정보 및 모션 벡터는 예를들면 매크로 블록과 관련된 헤더에서 구문 데이터(syntax data)로서 전달된다.
도 4의 압축기에 의해 생성된 압축된 데이터는 디지털 비디오 테이프 레코더(3)에 적용된다.
C 은닉 데이터
에러를 은닉하기 위해서, 회로(5)는 웨이브릿 변환 회로(580)로부터의 데이터를 처리하여 하기에 더욱 상세히 논의되는 바와 같이 은닉의 방향을 결정한다.
결과적인 은닉 데이터 및 변환된 데이터는 DVTR(3)의 4 개의 기록 헤드(A 내지 D)의 각각의 하나에 의한 기록용 4 개의 채널로 디멀티플렉서(demultiplexer; 52)에 의해 디멀티플렉스된다(demultiplexed). 대역(0 내지 6)에서 헤드(A 내지 D)로의 데이터 샘플의 할당은 도 3에 도시된다. (도 3은 은닉 데이터의 할당을 도시하지 않는다.) 각 채널은 양자화기(590) 및 엔트로피 인코더(570)를 포함한다: 채널 중 한 채널의 양자화기(590) 및 엔트로피 인코더(570)만이 도 4에 도시된다. 은닉 데이터는 MPEG Ⅱ에서 공지된 바와 같이 구문 데이터로서 비트 스트림으로 삽입된다. [압축 회로(2)의 압축 해제 회로(decompression chain)는 압축 회로의 엔트로피 인코더(570), 양자화기(590) 및 디멀티플렉서(52)에 상보적인 하나의 엔트로피 디코더(571)와 역 양자화기(591) 및 리멀티플렉서(53)를 포함한다.]
이러한 방식으로 특정 타입의 데이터에서의 에러를 은닉하기 위한 가장 적절한 방식을 나타내는 은닉 데이터가 기록되어 재생시 은닉을 단순화시킨다. 또한 은닉 데이터는 은닉 데이터가 관련된 데이터 항목의 트랙과는 상이한 트랙에 기록되어 은닉 데이터의 손실 가능성을 감소시킨다.
이러한 목적을 위해 디멀티플렉서(52)는 은닉 데이터를 헤드(A 내지 D)에 할당한다. 특정 데이터 샘플과 관련된 은닉 데이터는 특정 데이터 샘플이 지향(direct)되는 헤드(D)와는 상이한 헤드(A)로 지향된다. 이것은 기록 또는 응답 헤드의 손실에도 불구하고 데이터가 복원되는 것을 허용한다.
헤드(A 및 B)는 한 헤드 스택(head stack)에 존재하고 헤드(C 및 D)는 다른 스택에 존재한다. 또한 헤드(A 및 C)는 DVTR에서 하나의 신호 처리 채널을 공유할 것이고 헤드(B 및 D)는 다른 신호 채널을 공유할 것이다. 따라서 은닉 데이터는 다음과 같이 할당될 것이다:
데이터 샘플 헤드 은닉 데이터 헤드
A D
B C
C B
D A
또한, 셔플 회로(shuffle circuit; 573)가 제공된다. 기록 헤드(A 내지 D)는 트랙에 데이터를 기록한다. 디멀티플렉서(52)는 헤드의 손실(loss)을 보호한다. 셔플 회로(573)는 공지의 방식으로 셔플 알고리즘에 따라 트랙의 위치에 데이터를 할당하도록 동작한다. 상기의 효과는 한 이미지에 공간적으로 인접한 이미지 영역이 기록 매체 상에서 공간적으로 인접하지 않다는 점이다. 이것은 예를들면 기록 테이프 상의 길이 방향의 스크래치로 인한 공간적으로 인접한 이미지 영역의 손실을 방지하는 것인데, 상기 스크래치는 모든 헤드(A 내지 D)의 트랙에 영향을 준다.
셔플된(shuffled) 이미지 영역은 헤더에 모션 벡터 데이터 및 양자화 데이터를 포함하는 MPEG 매크로 블록일 것이다. 헤더는 매크로블록과 동일한 헤드로 지향된다. 헤더는 일시적인 은닉을 허용하도록 반복될 것이다.
D 에러 은닉 및 압축 해제
도 5를 참조하면, 데이터 샘플 및 은닉 데이터는 각각의 재생 헤드(A 내지 D)에 의해 DVTR(3)의 4 개의 트랙으로부터 재생된다. 데이터는 각각의 동일한 채널로 적용되는데 상기 채널은 엔트로피 디코더(610)와 탈양자화기(dequantiser; 620)를 포함하는데 단지 하나만 도시되었다. 에러 플래그(ε)는 DVTR(3)의 에러 검출 회로(3e)에 의해 공지의 방식으로 생성된다. 에러 플래그는 각 채널에서 데이터 에러의 위치를 나타낸다. 채널 및 에러 플래그로부터의 데이터는 도 4에 도시된 데이터 구조를 재형성하는 리멀티플렉서(630)로 적용된다. 에러 플래그(ε)는 지연 라인(오직 하나의 지연 라인(670)만이 도시됨)에 의해 지연되어 엔트로피 디코더 및 역 양자화기의 처리 지연을 보상한다. 데이터 및 에러 플래그(ε)는 리멀티플렉서(630)에 의해 은닉 회로(6)에 적용되는데 상기 은닉 회로(6)는 하기에 상세히 논의될 것이다. 재생된 데이터는 은닉 데이터를 포함한다. 은닉 회로는 입력(630B) 상의 에러 플래그 및 입력 (630a) 상의 은닉 데이터에 응답하여 은닉 데이터에 의해 정의된 방식으로 에러를 은닉한다.
은닉된 에러를 갖는 데이터는 역 웨이브릿 변환 회로(640)를 통해 가산기(650)로 제공된다. 도 5의 압축기를 다시 논의하면, MPEG Ⅱ 디코더에서 공지된 바와 같이 만약 I-프레임이 역 변환 회로에 의해 제공되면, 이것은 모션 예측기(660)에 저장되어 후속하는 P 또는 B 프레임을 압축 해제하기 위한 기초를 형성한다. 역 변환 회로(640)에 의해 생성된 후속하는 P 또는 B 프레임은 가산기(650)에서 I 프레임에 가산되어 압축 해제된 프레임을 생성한다.
E 은닉 기술
도 5의 예증적인 은닉 회로는 다음과 같은 방식으로 에러를 은닉하도록 동작한다:
대역은 공간 주파수 특성의 유사성에 따라 도 1에 도시된 바와 같이 0, W1, W2, W3으로 그룹화된다.
대역 그룹 그룹에서의 대역 은닉 기술
0 0 1D, lH 또는 lV 또는 R 또는 T
W1 1, 5 1D, lV 또는 hH 또는 R 또는 T
W2 3, 6 1D, hV 또는 hH 또는 R 또는 T
W3 2, 4 1D, hV 또는 lH 또는 R 또는 T
여기서 1D는 1차원 필터를 나타내며
l은 저역 필터(low pass filters)
h는 고역 필터(high pass filters)
V는 수직
H는 수평
R은 인트라-프레임 대체 즉 동일 프레임 내의 동일 대역의 샘플에 의한 대체
T는 일시적인 대체 즉 인접한 프레임으로부터의 대응하는 데이터 샘플의 사용에 의한 대체를 나타낸다.
상이한 은닉 기술이 대역(0, W1 내지 W3)의 상이한 대역 또는 그룹에 적용된다. 저역 필터링(low pass filtering)은 저주파수 변환 계수를 위해 사용되고, 고역 필터링(high pass filtering)은 고주파수 변환 계수를 위해 사용된다. 또한 상이한 형태의 은닉은 인코더에서 수행되는 시험적인 은닉의 결과에 따라 대역의 각 대역 또는 그룹 내에서 적용된다.
F 은닉 데이터 생성
도 3을 참조하여 데이터 블록으로서 도시된 샘플을 고려해보자. 샘플은 대역 번호(0 내지 6) 및 헤드 식별자(A 내지 D)에 의해 나타내어진다. 대역 그룹의 하나에 대응하는 대역(0)으로부터의 데이터 샘플을 고려해보자. 블록의 중앙에서 샘플(OD)을 고려해보자. OD에 대한 은닉 데이터를 생성하기 위해서, 샘플(OD)의 값은 자신과 수직으로, 위 아래로, 인접한 대역(O) 샘플(OD)의 가중된 합과 비교된다. 수직 차이 모듈러스(modulus)가 발견된다. 유사하게 수평 차이의 모듈러스가 발견된다.
는와 비교된다. 만약＜이면 수평 은닉이 지시된다. 만약＜이면 수직 은닉이 지시된다.
유사한 계산이 다른 대역 그룹의 샘플에 대해 수행된다. 은닉 데이터가 모든 샘플에 대해 생성되면, 은닉 데이터의 양은 많아지게 된다. 따라서, 되도록, 블록 내의 한 그룹, 예를들면 W1의 모든 샘플에 대해서, 수평 및 수직 차이(HD 및 VD)는 블록 내의 상기 그룹의 모든 샘플에 대한 하나의 은닉 데이터를 설정하기 위해 전체 블록에 걸쳐 누산(accumulation) 또는 통합된다.
대역(1 및 5)을 포함하는 상기 그룹(W1)에 대해서, 블록에 관한 대역(1 및 5) 샘플의 수직 차이의 합은 블록에 관한 대역(1 및 5) 샘플의 수평 차이의 합과 비교된다: 즉이 계산된다. 만약이보다 크면 수평 은닉이 지시된다. 그렇지 않으면 수직 은닉이 지시된다.
유사한 계산이 그룹(W2(대역(3, 6) 및 W3(대역(2, 4)) 및 그룹(O)에 대해 선호된다.
은닉 데이터 프로세서의 일 예는 도 6에 도시된다.
저장부(50)는 도 3에 도시된 데이터 샘플의 연속적인 블록을 저장한다. 프로세서(51)(즉 컴퓨터)는 샘플을 액세스하고 상기 상술된 은닉 데이터를 생성하는데 필요한 산술 동작을 수행한다. 데이터 샘플은 비디오 데이터 율로 생성되기 때문에 저장부(50) 및 프로세서(51)는 아주 빨라야 한다.
데이터 에러를 은닉하기 위해서, 도 6b에 도시된 은닉 회로(6)는 도 6a에 도시된 것과 동일한 구조를 갖는다. 은닉 저장부(50')는 도 3에 도시된 데이터 블록을 저장하지만, 아마도 데이터 에러의 영향을 받게 될 것이다. 프로세서는 에러를 나타내는 DVTR에 의해 생성된 에러 플래그(ε) 및 은닉 데이터에 응답하여 은닉된 샘플을 생성한다. 은닉 데이터는 에러를 은닉하기 위해서 어느 은닉 처리가 수행되었는지를 나타낸다.
도 7을 참조하면, 대안적이고, 현재에 있어서 선호되고 있는 은닉 데이터 프로세서(5)가 도시된다. 에러를 은닉하기 위해 수행되는 처리는 표 1에 나타나있다.
도 7의 프로세서는 각각의 기록 헤드(A 내지 D)에 대해 개별적인 은닉 데이터를 제공한다는 점에서 도 6a의 프로세서와 상이하다. 이것은 처리 데이터 율을 감소시키고, 더 적은 수의 데이터 샘플을 사용하여 은닉 데이터가 결정되기 때문에 더 정확한 은닉을 제공할 것이다.
도 7을 참조하면, 수직 에러 검출 회로(80)(도 8에 도시됨)는 현재의 샘플 및 수직으로 인접한 샘플의 가중된 합 사이의 차이(Ve)를 결정하기 위해 모든 샘플에 대해 순차적으로 작용한다. 유사하게 수평 에러 검출 회로(90)(도 9에 도시됨)는 현재의 샘플 및 수평으로 인접한 샘플의 가중된 합 사이의 차이(He)를 결정하기 위해서 모든 샘플에 대해 순차적으로 작용한다.
각 샘플에 대한 Ve 및 He는 헤드 선택 회로(72, 73) 또는 디멀티플렉서(디멀티플렉서(52)와 유사함)에 제공된다. 도 3을 참조하면, 도 3에 도시된 각 데이터 샘플에 대한 Ve 및 He의 값은 도 3에 도시된 바와 같이 헤드 채널(A 내지 D)에 할당된다.
4 개의 이러한 채널(A, B, C 및 D)은 도 7에 도시된 바와 같이 병렬로 제공되지만, 하나의 채널(A)만이 상세히 도시되었다.
채널(A)에 있어서 Ve 및 He는 각각의 그룹 선택 회로(74, 75)로 공급되는데 상기 회로는 Ve 및 He를 각각의 그룹 누산기(accumulators; 76vo, 76vw1 내지 76vw3, 76ho, 76hw1 내지 76hw3)로 할당한다.
각 누산기(76)는 한 블록에 대해 자신에게 공급된 에러의 모든 값(Ve 또는 He)을 합한다.및의 대응하는 값은 1 비트의 결정(1 또는 0)을 생성하는 비교기(77)에서 비교되는데 여기서 1은이 수직 은닉을 나타내는 하위 값을 갖는 것을 나타내고 0은 수평 은닉을 나타낸다.
1 비트 결정은 대역(0, W1 내지 W3)의 그룹에 대한 은닉 데이터를 구성하고 관련된 데이터 샘플의 헤드와 상이한 기록 헤드로의 할당을 위해 디멀티플렉서(52)제공된다.
수직 및 수평 에러 검출 회로는 도 3, 도 8 및 도 9를 참조로 설명될 것이다.
도 3의 중앙의 샘플(OD)을 고려해보자. 만약 이것이 에러 상태에 있다면 이것은 수평 및 수직으로 인접한 대역(O) 샘플의 가중된 합에 의해 대체된다. 이들은 수평 및 수직으로 4 주기만큼 떨어져있다. 유사하게 인접한 대역(1, 2, 3) 샘플은 수평 및 수직으로 4 주기만큼 떨어져있다.
대역(4, 5 및 6) 샘플은 수직 및 수평으로 2주기만큼 떨어져있다.
따라서 수직 에러 검출 회로(80)는 각각이 2 개의 수직(2V) 주기로 이루어진 4 개의 지연 라인(81)을 포함한다. 관심의 대상이 되는 샘플은 지연 라인(81)의 중앙에 있다. 대역(4, 5, 6) 샘플에 대해서 관심의 대상이 되는 샘플은 2V만큼 떨어진 샘플의 가중된 합(82)으로부터 감산된다. 대역(0, 1, 2 및 3)에 대해서 관심의 대상이 되는 샘플은 4V만큼 떨어진 샘플의 가중된 합(85)으로부터 감산된다. 대역 식별 데이터에 의해 작동되는 스위치(83)는 적절한 가중된 합을 선택한다. 감산기(84)는 희망하는 에러(Ve)를 생성한다.
도 9의 에러 검출기의 구조는 도 8의 에러 검출기와 대응하며 회로(81 내지 85)에 대응하는 회로(91 내지 95)를 포함한다. 도 9의 수평 에러 검출기는 도 8의 검출기와 동일하게 동작한다. 단 하나의 차이점은 지연 라인(91)이 2V 대신 2 개의 수평 지연 주기(2D)만큼 지연한다는 것이다.
상기 표 1을 참조하면, 몇 몇 계수는 표에 도시된 바와 같이 저역 필터링의 영향을 받는다. 도 8 및 도 9에 도시된 감가산기(summers; 82, 85, 92, 95)는 저역 필터링의 영향을 받는 계수에 대해 가산기로서 작용하고 고역 필터링의 영향을 받는 계수에 대해 감산기로서 작용한다.
상기 목적을 위해 감가산기(82, 85, 92, 95)는 대역을 나타내는 신호를 수신하기 위한 대역 식별 입력을 구비하는데 상기 대역에서 상기 감가산기가 가산기인지 감산기인지를 제어하는 계수가 발생한다. 상기 대역 식별 신호는 그 위치가 항상 고정된 계수로부터 결정된다.
도 10을 참조하면, 도 5의 은닉 회로(6)의 일 예가 도시된다. 이것은 회로(80)에 대응하는 수직 은닉 회로(800)와, 회로(90)에 대응하는 수평 은닉 회로(900)와 에러 플래그(ε)와 회로(800, 900)의 적절한 하나를 선택하는 은닉 데이터를 디코드하는 디코더(101) 및 디코더에 응답하는 선택기(102)를 포함한다. 회로(800 및 900)는 회로(80 및 90)처럼 동작한다.
모든 재생된 샘플은 회로(800 및 900)로 제공되어 처리된다. 만약 데이터 에러가 존재하지 않으면(플래그(ε)=0) 샘플은 출력되고, 예를들면 회로(900)의 수평 지연 라인(910)의 중앙으로부터 지연되지만 변화되지는 않는다.
데이터 에러가 존재하면(플래그(ε)=1) 은닉 데이터는 수직(1) 또는 수평(0) 은닉 중 어느 것이 요구되는지를 나타낸다.
각 회로(800, 900)의 대역 선택 회로(830, 930)는 관심의 대상이 되는 샘플의 대역에 적절한 가중된 합(820, 850; 920, 950)을 선택한다.
선택기 스위치(102)는 하기의 표 2에 따라 디코더(101)에 응답하는 세 개의 위치를 갖는 스위치이다:
스위치 위치 에러 플래그 은닉
에러 없음 HN 0 0
수직 은닉 VY 1 1
수평 은닉 HY 1 0
만약 단일의 샘플 에러가 존재하면 두 개의 인접한 샘플이 에러를 은닉하는데 유효하다고 가정되었다. 만약 인접한 샘플의 하나가 그 자체로 에러 상태에 있다면, 은닉 회로(800 또는 900)는 가중의 영향을 받게 되는 단일의 유효한 인접 샘플에 의해 자동적으로 대체된다.
ID 필터를 사용하는 대신, 2D 필터가 표 3과 같이 사용될 수 있다:
그룹 은닉 기술
0 2D lH/lv
1, 5 2D lV/lH
3, 6 2D hV/hH
2, 4 2D hV/lH
여기서 2D는 2차원 필터링을 나타낸다.
다수의 2차원 공간 주파수 대역을 차지하도록 인코드된 데이터에서의 에러를 은닉하는 방법이 제공된다.

Claims (24)

  1. 적어도 한 대역의 데이터가 주파수 반전되고, 적어도 다른 대역의 데이터가 주파수 비반전되는 다수의 2 차원 공간 주파수 대역을 차지하도록 변환된 데이터에서 에러를 은닉하기 위한 데이터 에러 은닉 방법에 있어서,
    상기 주파수 반전된 데이터는 에러를 은닉하기 위해 고역 공간 필터에 의해 여과되고, 상기 주파수 비반전된 데이터는 에러를 은닉하기 위해 저역 공간 필터에 의해 여과되는 데이터 에러 은닉 방법.
  2. 적어도 한 대역의 데이터가 주파수 반전되고, 적어도 다른 대역의 데이터가 주파수 비반전되는 다수의 2차원 공간 주파수 대역을 차지하도록 인코드된 데이터에서 에러를 은닉하기 위한 데이터 에러 은닉 장치에 있어서,
    데이터 에러 및 에러가 있는 데이터의 공간 주파수 대역을 검출하기 위한 수단과, 상기 검출 수단에 응답하여 상기 주파수 반전된 데이터를 고역 필터링하여 주파수 반전된 데이터에서의 에러를 은닉하고, 상기 주파수 비반전된 데이터를 저역 필터링하여 주파수 비반전된 데이터에서의 에러를 은닉하기 위한 필터 수단을 포함하는 데이터 에러 은닉 장치.
  3. 에러의 영향을 받게되는 압축된 데이터 처리 방법에 있어서,
    압축된 데이터와 관련하여 발생하게 될 임의의 에러를 은닉하기 위해 사용될 에러 은닉의 형태를 나타내는 은닉 데이터를 제공하는 단계를 포함하는 압축된 데이터 처리 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 다수의 상이한 형태의 은닉을 나타내는 데이터는 압축된 데이터 각각의 상이한 항목과 관련하여 제공되는 압축된 데이터 처리 방법.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 데이터는 2차원 공간 주파수 변환에 의해 변환되고, 상기 데이터는 상이한 형태의 은닉 데이터가 제공되고, 유사한 공간 주파수 특성을 갖는 대역이 유사한 형태의 은닉 데이터와 관련되는 다수의 상이한 2차원 공간 주파수 대역을 차지하는 압축된 데이터 처리 방법.
  6. 제 3항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 압축된 데이터에 대해 시험적인 은닉을 수행하여 상기 시험적인 은닉에 의존해서 은닉을 제공하는 단계를 포함하는 압축된 데이터 처리 방법.
  7. 제 3항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 기록 매체 상의 트랙에 데이터를 기록하는 단계를 더 포함하는 압축된 데이터 처리 방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 은닉 데이터가 관련하는 압축된 데이터의 트랙과 상이한 트랙에 은닉 데이터를 기록하는 단계를 더 포함하는 압축된 데이터 처리 방법.
  9. 제 3항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 데이터를 재생하고, 에러를 검출하고, 은닉 데이터에 따라 에러를 은닉하는 단계를 더 포함하는 압축된 데이터 처리 방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 기록 단계는 데이터에 대한 에러-정정 코딩의 응용을 포함(incorporates)하고, 상기 재생 단계는 에러가 있는 데이터를 나타내는 에러 플래그의 생성 및 상기 에러 플래그에 응답하여 발생하는 에러 은닉을 포함하는 압축된 데이터 처리 방법.
  11. 제 9항 또는 제 10항에 있어서, 상기 에러 은닉 후에 데이터를 역 변환하는 단계를 포함하는 압축된 데이터 처리 방법.
  12. 데이터를 압축하기 위한 수단, 및
    압축된 데이터에서 발생하는 임의의 데이터를 은닉하기 위해 사용될 에러 은닉의 형태를 나타내는 은닉 데이터를 생성하고, 상기 은닉 데이터를 상기 압축된 데이터와 관련시키기 위한 수단을 포함하는 데이터 압축 장치.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 은닉 데이터 생성 수단은 압축된 데이터 각각의 상이한 항목과 관련하여 다수의 상이한 형태의 은닉을 나타내는 데이터를 생성하는 데이터 압축 장치.
  14. 제 12항에 있어서, 상기 압축 수단은 데이터가 다수의 상이한 2차원 공간 주파수 대역을 차지하는, 2차원 공간 주파수 변환에 의해 상기 데이터를 변환하고, 상기 은닉 데이터 생성 수단은 유사한 공간 주파수 특성을 갖는 대역이 유사한 형태의 은닉 데이터와 관련되는 상이한 형태의 은닉 데이터를 생성하는 데이터 압축 장치.
  15. 제 12 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서, 압축된 데이터에 대해서 시험적인 은닉을 수행하여 상기 시험적인 은닉에 의존해서 은닉 데이터를 제공하기 위한 수단을 더 포함하는 데이터 압축 장치.
  16. 제 12 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서, 기록 매체 상의 트랙에 데이터를 기록하기 위한 수단을 더 포함하는 데이터 압축 장치.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 기록 수단은 은닉 데이터가 관련하는 압축된 데이터의 트랙과 상이한 트랙에 은닉 데이터를 기록하는 데이터 압축 장치.
  18. 제 12 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서, 데이터 재생 수단과, 에러 검출 수단, 및 은닉 데이터에 따라 에러를 은닉하기 위한 수단을 더 포함하는 데이터 압축 장치.
  19. 제 18항에 있어서, 기록 이전에 에러-정정 코드에 따라 데이터를 인코딩하기 위한 수단과, 데이터 에러를 나타내는 에러 플래그를 재생 시 생성하기 위한 수단을 더 포함하고, 상기 은닉 수단은 에러 플래그에 응답하여 에러를 은닉하는 데이터 압축 장치.
  20. 제 18항 또는 제 19항에 있어서, 상기 은닉 수단으로부터 수신된 데이터를 압축 해제하도록 배치된 압축 해제 수단을 더 포함하는 데이터 압축 장치.
  21. 첨부된 도면 중 도 3 내지 도 5를 참조하여 실질적으로 설명된 바와 같은 데이터에서 에러를 은닉하는 방법.
  22. 첨부된 도면 중 도 6a 및 도 6b 또는 도 7 내지 도 10에 의해 선택적으로 수정될 때 도 3 내지 도 5를 참조하여 실질적으로 설명된 바와 같은 데이터에서 에러를 은닉하는 방법.
  23. 첨부된 도면 중 도 3 내지 도 5를 참조하여 실질적으로 설명된 바와 같은 데이터에서 에러를 은닉하기 위한 장치.
  24. 첨부된 도면 중 도 5 내지 도 6b 또는 도 7 내지 도 10에 의해 선택적으로 수정될 때 도 3 내지 도 5를 참조하여 실질적으로 설명된 바와 같은 데이터에서 에러를 은닉하기 위한 장치.
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