KR19990074634A - Imaging devices and methods that use memory efficiently - Google Patents
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Abstract
메모리를 효율적으로 사용하는 영상 기기와 방법이 개시되어 있다. 본 발명의 기기는 비디오 디코더, 비디오 디코더에서 비디오 복호화를 수행하기 위해 필요한 비디오 데이터를 기입 및 독출하는 메모리 및 영상 포맷에 대응하여 비디오 데이터의 해상도를 조절하여 메모리에 기입하고 메모리로부터 독출되는 비디오 데이터의 해상도를 원래의 해상도로 복원하는 해상도 제어기를 포함하고, 이 해상도 제어기는 데시메션과 보간을 이용하여 비디오 복호화를 위한 메모리의 크기를 줄이면서도 화질 저하를 최소화하고, 코스트를 절감시키고, 효율적으로 메모리를 사용할 수 있게 한다.Disclosed are an imaging apparatus and method for efficiently using a memory. The device of the present invention is a video decoder, a memory for writing and reading video data necessary for performing video decoding in a video decoder, and video data read from the memory by adjusting the resolution of the video data in response to an image format. A resolution controller that restores the resolution to the original resolution, which uses decimation and interpolation to reduce the size of the memory for video decoding while minimizing image degradation, reducing costs, and efficiently To use.
Description
본 발명은 영상 기기 분야에 관한 것으로, 특히 MPEG-2 MP @ HL을 지원하는 비디오 디코더를 위한 메모리를 효율적으로 사용하는 영상 기기와 그 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to the field of video devices, and more particularly, to a video device and a method for efficiently using a memory for a video decoder supporting MPEG-2 MP @ HL.
최근 미국에서는 지상파를 이용한 HD(High Definition)급 디지털 방송 서비스를 앞두고 수신기의 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 이 디지털 방송에는 영상의 압축 및 복원 방식으로서 MPEG(Moving Picture Experts Group)-2 표준을 사용하고 있다. MPEG-2 비디오의 픽쳐 타입은 인트라(intra:I) 픽쳐, 프리딕티드(predicted:P) 픽쳐, 양방향 프리딕티드(bidirectionally predicted:B) 픽쳐의 세 가지가 있다. 즉, MPEG-2 픽쳐 구조는 현재 픽쳐만의 정보를 가지고 영상 정보의 공간적 잉여(redundancy) 정보를 줄이는 I 픽쳐, 전방 예측을 통해 픽쳐간의 상관 관계를 줄이기 위하여 시간적으로 앞서는 이전의 I 또는 P 픽쳐로부터 검출된 움직임 벡터와 차성분을 압축부호화하는 P 픽쳐 및 양방향 예측을 통해 픽쳐간의 상관 관계를 줄이기 위해 이전의 I 또는 P 픽쳐들과 이후의 I 또는 P 픽쳐들로부터 검출된 움직임 벡터와 차성분을 압축부호화하는 B 픽쳐로 되어 있다.Recently, receivers have been actively developed in the US ahead of high definition (HD) level digital broadcasting services using terrestrial waves. The digital broadcast uses the Moving Picture Experts Group (MPEG) -2 standard as a compression and decompression method of video. There are three types of picture types of MPEG-2 video: intra (I) pictures, predicted (P) pictures, and bidirectionally predicted (B) pictures. That is, the MPEG-2 picture structure is an I picture that has information of the current picture only and reduces spatial redundancy information of image information, and from an earlier I or P picture that is temporally advanced to reduce correlation between pictures through forward prediction. Compression of the detected motion vector and the difference component is compressed to reduce the correlation between the pictures through the P picture and the bi-prediction to compress the motion vector and the difference component detected from the I or P pictures. It is a B picture to be encoded.
HD급 영상을 복원하기 위해 128 Mbit의 외부 메모리를 사용하는 종래의 디지털 수신기의 구조는 도 1에 도시되어 있으며, 비디오 디코더(110)는 수신되는 비디오 기본 스트림을 복호화하여 복호화된 비디오 데이터를 인가하고, 메모리(120)는 128 Mbit의 크기를 가지며, 비디오 복호화를 위해 필요한 비디오 데이터를 기입 및 독출한다.The structure of a conventional digital receiver using an 128 Mbit external memory to reconstruct an HD image is shown in FIG. 1, and the video decoder 110 decodes the received video elementary stream to apply decoded video data. The memory 120 has a size of 128 Mbits, and writes and reads video data necessary for video decoding.
여기서, 픽쳐 타입에 따라 움직임 보상을 이용하여 비디오 데이터를 복호화하는 MPEG-2 비디오 복호화에서는 통상 3 프레임분의 메모리가 필요하다. 즉, HD급의 최고 화질을 공급하는 1920(H)
여기서, 영상은 휘도신호와 색신호로 이루어지며, 영상의 각 화소는 일 예로서 YUV(Y:luminance, U,V:chrominance)로 이루어져 있다고 하면, 평균적으로 한 화소당 Y는 8비트, U,V는 각각 2비트를 차지하기 때문에 수학식 1에 나타나 있는 바와 같이 1.5를 곱해야 한다.Here, the image is composed of a luminance signal and a color signal, and each pixel of the image is composed of YUV (Y: luminance, U, V: chrominance) as an example. Since each occupy 2 bits, it should be multiplied by 1.5 as shown in Equation (1).
종래의 디지털 수신기는 가장 크기가 큰 HD급의 1920(H)×1080(V) 영상의 3 프레임분을 모두 저장하여 처리하기 위하여 74.65 Mbit의 메모리가 필요하다. 그러나, 메모리의 크기가 16 Mbit, 64 Mbit, 128 Mbit와 같이 2의 제곱수의 크기만 존재하므로, 복호화를 위한 메모리로서 64 Mbit 크기의 메모리를 사용하지 못하고 128 Mbit 메모리를 사용하여야 하므로 가격이 상승되고, 쓸모없이 낭비되는 메모리 공간이 많아져 메모리 사용이 비효율적인 문제점이 있었다.Conventional digital receivers require 74.65 Mbits of memory to store and process all three frames of the largest HD 1920 (H) x 1080 (V) video. However, since the size of the memory is only 2, such as 16 Mbit, 64 Mbit, 128 Mbit, the size of the power is increased because the memory for decoding cannot use 64 Mbit size memory but 128 Mbit memory. As a result, a large amount of wasted memory wasted, resulting in inefficient use of memory.
상기한 문제점들을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은 화질 열화를 최소화하면서 메모리를 효율적으로 사용하는 영상 기기를 제공하는 데 있다.In order to solve the above problems, it is an object of the present invention to provide an image device that uses the memory efficiently while minimizing image degradation.
본 발명의 다른 목적은 화질 열화를 최소화하면서 비디오 복호화를 위한 메모리를 효율적으로 사용하는 디지털 수신기를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a digital receiver which efficiently uses a memory for video decoding while minimizing image quality deterioration.
본 발명의 또 다른 목적은 화질 열화를 최소화하면서 비디오 복호화를 위한 메모리를 효율적으로 사용하기 위한 신호 처리 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a signal processing method for efficiently using a memory for video decoding while minimizing image quality deterioration.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 영상 기기의 메모리는 비디오 디코더에서 비디오 복호화를 수행하기 위해 필요한 비디오 데이터를 기입 및 독출하고, 해상도 제어기는 영상 포맷에 대응하여 비디오 데이터의 해상도를 조절하여 메모리에 기입하고, 메모리로부터 독출되는 비디오 데이터의 해상도를 원래의 해상도로 복원하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the memory of the video device according to the present invention writes and reads the video data necessary for performing video decoding in the video decoder, and the resolution controller adjusts the resolution of the video data corresponding to the image format And writing to the memory and restoring the resolution of the video data read out from the memory to the original resolution.
상기의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 디지털 수신기의 비디오 디코더는 수신되는 비디오 스트림을 복호화해서 복호화된 비디오 데이터를 인가하고, 메모리는 비디오 디코더에서 복호화를 위해 필요한 비디오 데이터를 기입 및 독출하고, 데시메터는 영상 포맷에 대응하여 비디오 디코더에서 처리된 비디오 데이터를 데시메션하여 데시메션된 비디오 데이터를 메모리에 기입하고, 보간기는 메모리로부터 독출되는 데시메션된 비디오 데이터를 보간하여 비디오 디코더에 인가하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the video decoder of the digital receiver according to the present invention decodes the received video stream and applies the decoded video data, and the memory writes and reads the video data necessary for decoding in the video decoder. The decimator decimates the video data processed by the video decoder corresponding to the image format, writes the decimated video data into the memory, and the interpolator interpolates the decimated video data read from the memory and applies the interpolated video data to the video decoder. It is characterized by.
상기의 또 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 방법은 비디오 복호화를 위해 필요한 데이터를 기입 및 독출하는 메모리가 사용되는 영상 기기에 사용되는 신호 처리 방법에 있어서, 수신되는 비디오 스트림을 복호화해서 복호화된 비디오 데이터를 발생하는 단계 및 영상 포맷에 대응하여 비디오 데이터의 해상도를 조절하여 메모리에 기입하고, 메모리로부터 독출되는 비디오 데이터의 해상도를 원래의 해상도로 복원하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above another object, the method according to the present invention is a signal processing method used in an image device that uses a memory for writing and reading data necessary for video decoding, by decoding the received video stream Generating the decoded video data and adjusting the resolution of the video data in correspondence with the image format to write to the memory, and restoring the resolution of the video data read from the memory to the original resolution.
도 1은 종래의 비디오 디코더와 이를 위한 메모리가 구비된 디지털 수신기의 블록도이다.1 is a block diagram of a conventional video decoder and a digital receiver equipped with a memory therefor.
도 2는 본 발명이 적용되는 디지털 수신기의 일 실시예에 따른 블록도이다.2 is a block diagram according to an embodiment of a digital receiver to which the present invention is applied.
도 3은 도 2에 도시된 데시메터 및 보간기의 동작을 설명하기 위한 일 예이다.3 is an example for explaining the operation of the decimeter and interpolator shown in FIG.
도 4는 도 2에 도시된 데시메터 및 보간기의 동작을 설명하기 위한 다른 예이다.FIG. 4 is another example for explaining the operation of the decimeter and interpolator shown in FIG. 2.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 의한 메모리를 효율적으로 사용하는 영상 기기와 방법의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a description will be given of a preferred embodiment of the video device and method for efficiently using the memory according to the present invention.
영상 기기 중 가장 대표적인 기기로서 디지털 텔레비젼(이하 DTV라고 함) 수신기는 디스플레이되는 영상의 크기가 일정하게 정해져 있지 않다. 특히, 고선명 텔레비젼(HDTV)의 경우는 디스플레이되는 영상 크기의 변화폭이 훨씬 크다.Digital TV (hereinafter, referred to as DTV) receiver as the most representative device of video equipment is not fixed size of displayed image. In particular, in the case of high-definition television (HDTV), the variation of the displayed image size is much larger.
즉, DTV 방송은 MPEG-2 MP @ HL을 바탕으로 하고 있으며, 여러 가지의 영상 포맷이 가능하게 되어 있으나 아래와 같은 영상 포맷이 주류를 이룰 것이라고 본다.In other words, DTV broadcasting is based on MPEG-2 MP @ HL, and various video formats are possible, but the following video formats will be mainstream.
-1920(H)×1080(V)×60i-1920 (H) × 1080 (V) × 60i
-1920(H)×1080(V)×30p-1920 (H) × 1080 (V) × 30p
-1280(H)×720(V)×60p-1280 (H) × 720 (V) × 60p
- 720(H)×480(V)×60p720 (H) × 480 (V) × 60p
- 720(H)×480(V)×60i720 (H) × 480 (V) × 60i
- 640(H)×480(V)×60p-640 (H) × 480 (V) × 60p
- 640(H)×480(V)×60i640 (H) × 480 (V) × 60i
여기서, H,V는 각각 영상의 수평 및 수직 화소수를 의미하며, 60i,60p,30p는 각각 60 프레임/초 인터레이스(interlace), 60 프레임/초 프로그래시브(progressive), 30 프레임/초 프로그래시브를 의미한다.Here, H and V denote the number of horizontal and vertical pixels of an image, respectively, and 60i, 60p, and 30p denote 60 frames / sec interlace, 60 frames / sec progressive, and 30 frames / sec, respectively. Means progressive.
본 발명이 적용되는 디지털 수신기의 블록도인 도 2에 있어서, 디지털 수신기는 비디오 디코더(210), 데시메터 및 보간기(220) 및 메모리(230)로 되어 있다.In FIG. 2, which is a block diagram of a digital receiver to which the present invention is applied, the digital receiver includes a video decoder 210, a decimator and an interpolator 220, and a memory 230.
즉, 입력되는 영상이 가장 큰 메모리 크기를 필요로 하는 1920(H)×1080(V) 영상일 경우, 비디오 디코더(210)는 입력되는 1920(H)×1080(V) 영상의 전 화소에 대해서 처리하되, 처리된 비디오 데이터를 메모리(230)에 저장할 때는 데시메터 및 보간기(220)에 의해 처리된 비디오 데이터를 수평방향으로 1/2로 데시메션하여 메모리(230)에 저장한다. 이 경우 필요한 메모리(230)의 크기는 74.65 Mbit / 2 = 37.28 Mbit가 되므로 64 Mbit로 충분하게 구성할 수 있으며, 메모리(230)는 일 예로서 DRAM(Dynamic Random Acess Memory)으로 구성된다.In other words, if the input image is a 1920 (H) x 1080 (V) image that requires the largest memory size, the video decoder 210 is configured for all pixels of the input 1920 (H) x 1080 (V) image. When the processed video data is stored in the memory 230, the decimator and the video data processed by the interpolator 220 are decimated in half in the horizontal direction and stored in the memory 230. In this case, the size of the required memory 230 is 74.65 Mbit / 2 = 37.28 Mbit, so 64 Mbit can be sufficiently configured, and the memory 230 is configured as a dynamic random access memory (DRAM) as an example.
물론, 비디오 복호화를 위해 메모리(230)에 저장된 비디오 데이터를 독출할 때는 데시메터 및 보간기(220)에 의해 독출된 비디오 데이터를 수평방향으로 2배로 보간한 후에 비디오 디코더(210)에 인가한다. 이 데시메터 및 보간기(220)는 해상도 제어기라고 지칭될 수 있다.Of course, when reading the video data stored in the memory 230 for video decoding, the video data read by the decimeter and the interpolator 220 is interpolated twice in the horizontal direction and then applied to the video decoder 210. This decimator and interpolator 220 may be referred to as a resolution controller.
따라서, 기입 모드일 때는 1920(H)×1080(V) 입력 영상을 1/2로 데시메션해서 960(H)×1080(V) 영상의 크기로 데시메션된 데이터를 메모리(230)에 기입하고, 독출 모드일 때는 메모리(230)에 기입된 데시메션된 데이터를 2배로 보간하여 1920(H)×1080(V)로 복원하는 과정은 도 3에 도시되어 있다.Therefore, in the write mode, the 1920 (H) x 1080 (V) input image is decimated by 1/2, and the decimated data with the size of the 960 (H) x 1080 (V) image is written into the memory 230. In the read mode, the process of restoring the decimated data written in the memory 230 to 1920 (H) x 1080 (V) is shown in FIG. 3.
그런데, 입력 영상이 1920(H)×1080(V)보다 작은 1280(H)×720(V)의 영상인 경우에는 소요되는 메모리 크기를 계산해보면 33.18Mbit이므로, 이때는 데시메터 및 보간기(220)를 거치지 않고 그대로 비디오 디코더(210)에서 처리된 비디오 데이터를 데시메션없이 메모리(230)에 기입하고, 비디오 복호화를 위해 메모리(230)로부터 독출되는 비디오 데이터를 보간없이 비디오 디코더(210)에 인가한다.However, when the input image is a 1280 (H) × 720 (V) image smaller than 1920 (H) × 1080 (V), the required memory size is 33.18Mbit. In this case, the decimeter and the interpolator 220 are used. The video data processed by the video decoder 210 is written to the memory 230 without decimation without being passed through, and the video data read from the memory 230 is applied to the video decoder 210 without interpolation for video decoding. .
한편, 디스플레이 기기(display device)는 통상적으로 미리 정해진 해상도를 갖는 영상으로 디스플레이하도록 되어 있다. 향후 디스플레이 기기도 HD급으로 처리된 영상을 그대로 지원할 수 있는 해상도를 갖게 되겠지만 디스플레이 기기의 가격이 상당히 높아지는 관계로 상용화되기에는 상당한 시간이 걸릴 것으로 예상된다.On the other hand, a display device is typically configured to display an image having a predetermined resolution. In the future, display devices will have a resolution that can support HD-processed images as they are, but due to the high price of display devices, it is expected to take considerable time to be commercialized.
따라서, 입력 영상의 크기가 1920(H)×1080(V)이라면 이 입력 영상을 수평으로 1/2로 데시메션된 데이터가 현재의 디스플레이 기기에 인가될 수 있다.Therefore, if the size of the input image is 1920 (H) x 1080 (V), data decimated horizontally by 1/2 of the input image may be applied to the current display device.
향후 디스플레이 기기의 유효 해상도가 점점 증가해서 일 예로서 1440샘플까지 디스플레이할 수 있을 경우에는 수평방향 1920개의 화소를 데시메터 및 보간기(220)에서 3/4로 데시메션하여 1440×1080의 크기로 메모리(230)에 저장한다. 이때, 필요한 메모리(230)의 크기는 1440×1080×8×3×1,5 = 55.98Mbit이므로 64Mbit 메모리로도 충분하게 된다.In the future, when the effective resolution of a display device is gradually increased to display up to 1440 samples as an example, 1920 pixels in the horizontal direction are decimated to 3/4 by the decimeter and the interpolator 220 to a size of 1440 × 1080. It stores in the memory 230. At this time, since the required size of the memory 230 is 1440 × 1080 × 8 × 3 × 1,5 = 55.98Mbit, 64Mbit memory is sufficient.
물론 메모리(230)에 저장된 데이터를 다시 독출할 때는 데시메터 및 보간기(220)에 의해 4/3배로 보간한 후에 비디오 디코더(210)에 인가한다. 디스플레이 기기에 인가되는 데이터는 3/4로 데시메션된 데이터가 된다.Of course, when the data stored in the memory 230 is read again, the data is interpolated 4/3 times by the decimeter and the interpolator 220 and then applied to the video decoder 210. Data applied to the display device becomes data decimated in three quarters.
따라서, 기입 모드일 때는 1920(H)×1080(V) 입력 영상을 3/4로 데시메션해서 1440(H)×1080(V) 영상의 크기의 데시멘션된 데이터를 메모리(230)에 기입하고, 독출 모드일 때는 메모리(230)에 저장된 데시메션된 데이터를 4/3 배로 보간하여 1920(H)×1080(V) 영상으로 복원하는 과정은 도 4에 도시되어 있다.Accordingly, in the write mode, the decimated 1920 (H) x 1080 (V) input image is decimated by 3/4 to write decimated data having a size of 1440 (H) x 1080 (V) image to the memory 230. In the read mode, the process of restoring the decimated data stored in the memory 230 to a 1920 (H) x 1080 (V) image by interpolating 4/3 times is illustrated in FIG. 4.
본 발명의 실시예에서는 화질의 최소화를 위해 64Mbit 크기의 메모리를 사용하고 있으나 더 적은 용량의 메모리를 사용할 수도 있으며, 비디오 복호화와 같은 신호처리를 위해 외부의 메모리를 사용하는 기기에는 모두 적용될 수 있다.In the embodiment of the present invention, a memory having a size of 64 Mbit is used to minimize image quality, but a smaller memory may be used, and all of the devices may use an external memory for signal processing such as video decoding.
상술한 바와 같이, 실제의 디스플레이 기기에서 표현할 수 없는 정도의 해상도를 갖는 영상을 복원하기 위해 128Mbit나 되는 메모리를 사용하므로서 비효율적인 메모리 사용과 코스트가 상승하는 것을 본 발명에서는 데시메션과 보간을 이용하여 비디오 복호화를 위한 메모리의 크기를 64 Mbit로 줄이면서도 화질 저하를 최소화하고, 코스트를 낮추고, 효율적으로 메모리를 사용하는 효과가 있다.As described above, inefficient memory usage and cost increase by using 128 Mbits of memory to restore an image having a resolution that cannot be represented on an actual display device, by using decimation and interpolation. While reducing the size of the memory for video decoding to 64 Mbit, it has the effect of minimizing image degradation, lowering cost, and using memory efficiently.
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