KR20000024879A - 압축된 비디오 비트스트림에 발생하는 전송 에러의 실시간 은닉방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 압축된 비디오 비트스트림에 발생하는 전송 에러의 실시간 은닉 방법에 관한 것으로, 손상된 매크로 블럭 주변 영상 정보의 움직임 특성에 따라 적응적으로 탐색창을 결정하고, 결정된 탐색창 내에서 최적 매크로 블럭을 설정한 후 이에 따른 매크로 블럭 단위 최적 움직임 벡터 및 세부 블럭 단위 최적 움직임 벡터를 선정한 다음, 최적 움직임 벡터에 따라 손상된 매크로 블럭의 에러를 보상하고 매크로 블럭 경계 정합을 실시하므로써, 손상된 데이터의 실시간 보상이 가능하고 에러 보상 성능을 향상시킬 수 있는 압축된 비디오 비트스트림에 발생하는 전송 에러의 실시간 은닉 방법이 제시된다.

Description

압축된 비디오 비트스트림에 발생하는 전송 에러의 실시간 은닉 방법
본 발명은 압축된 비디오 비트스트림에 발생하는 전송 에러의 실시간 은닉 방법에 관한 것으로, 특히 무선 이동통신망을 이용한 화상 회의 및 화상 전화 서비스를 위해 압축된 영상의 전송 과정에서 발생하는 채널 에러가 수신단에서 검출되었을 때 이 검출된 에러에 의해 발생하는 화질 열화를 보상하여 주관적, 객관적 화질을 향상시킬 수 있는 압축된 비디오 비트스트림에 발생하는 전송 에러의 실시간 은닉 방법에 관한 것이다.
무선 이동통신망은 에러율이 매우 높고 압축된 데이터에 발생하는 에러는 연속된 영상 데이터에 전파되므로 에러 보상 성능이 좋은 복호화기를 요구한다. 또한, 화상 회의 및 화상 전화 서비스는 발생하는 에러에 대해 실시간 보상을 해야하는 어려움이 있다.
종래의 에러 보상 방법에는 제로-모션 벡터(Zero-Motion Vector) 처리 방법과 블럭 경계 정합 방법 등이 있는데, 이러한 방법을 도 1 및 도 2를 통해 설명하면 다음과 같다.
도 1 및 도 2는 종래 압축된 비디오 비트스트림에 발생하는 전송 에러의 실시간 은닉 방법을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 1은 제로-모션 벡터 처리 방법을 설명하기 위한 도면이다.
하나의 프레임은 다수의 매크로 블럭으로 구성되며, 어느 시점(t)에 전송된 프레임(11) 중의 영상 매크로 블럭(110)이 에러에 의해 손상되었다고 가정한다. 영상 매크로 블럭(110)이 손상될 경우 이는 연속된 영상 매크로 블럭(120)의 손상을 초래하게 되며, 결국 두 개의 영상 매크로 블럭(110, 120)이 에러로 손실되게 된다. 제로-모션 벡터 방법은 손상된 영상 매크로 블럭(110, 120)의 움직임 벡터를 0이라 간주하고, 이를 이전 시점(t-1)에 전송된 프레임(12)의 동일 위치 영상(130, 140)으로 대치한다. 이 방법은 계산량은 많지 않지만, 움직임이 큰 영상에 적용할 경우 에러에 의한 화질 열화가 시각적으로 크게 나타나 보상 성능이 저하되는 문제점이 있다.
도 2는 블럭 경계 정합 방법을 설명하기 위한 도면이다.
블럭 경계 정합 방법은 영상의 시간적, 공간적 상관성에 기반하여 손실된 영상 매크로 블럭을 이전 영상의 적절한 위치에서 가져오므로써 비트 오류에 의한 화질 열화를 개선하는 방법이다.
어느 시점(t)에 전송된 프레임(21) 중의 영상 매크로 블럭(210)이 에러에 의해 손상되었다고 가정한다. 영상 매크로 블럭(210)이 손상될 경우 이는 연속된 영상 매크로 블럭(220)의 손상을 초래하게 되며, 결국 두 개의 영상 매크로 블럭(210, 220)이 에러로 손실되게 된다.
이 경우, 먼저 매크로 블럭(210)을 보상하기 위해 매크로 블럭(210)과 인접한 매크로 블럭들(230, 240, 250)과의 바깥쪽 경계(A, B, C)에서의 화소값들을 계산한다. 그리고, 이전 영상의 탐색 범위(22)내에 위치하는 임의의 매크로 블럭(260)의 안쪽 경계(A', B', C')에서의 화소값들을 계산한다. 이후, 대응하는 부분에서의 화소값들에 대한 제곱 오차를 계산하여 가장 작은 차분을 갖는 위치의 매크로 블럭을 최적 매크로 블럭으로 선택하여 손실된 매크로 블럭(210) 대신 삽입한다.
여기에서, 탐색 범위는 손상된 영상의 위치를 기준으로 종횡방향 ±16화소 범위정도가 되며, 이렇게 하여 매크로 블럭(210)이 보상되면 다음 매크로 블럭(220)으로 이동하여 전술한 방법을 적용하여 손상된 매크로 블럭을 보상할 수 있다.
이 방법은 첫째, 최적 매크로 블럭 선정을 위해 불가피하게 행해지는 일정 범위에 대한 탐색과정으로 인한 계산량의 증가로 실시간 처리가 어려워지는 문제점이 있다. 따라서, 이러한 방법이 실시간 처리가 요구되는 화상 회의 및 화상 회의와 같은 분야에 적용될 경우 계산량이 크게 증가하게 된다.
또한, 이 방법은 손실된 매크로 블럭(210)의밖에 위치하는 인접 화소들과 추정된 매크로 블럭(260) 내의 경계에 위치하는 화소들 간의 제곱오차를 구하므로써 가로/세로 방향의 유사도만을 고려하기 때문에 대각선 방향의 유사도는 고려해줄 수 없어 방대한 계산량에도 불구하고 보상 성능이 저하되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 영상의 특성에 적응적으로 대응하여 손실된 움직임 벡터를 추정해내므로써 탐색 회수를 격감시키고, 블럭 경계 정합 방법을 개선하여 추정 매크로 블럭을 세분화하여 보상하므로써 손실된 매크로 블럭에 대한 화질 열화를 최소화시켜, 손상된 영상 데이터의 실시간 보상을 실현하는 동시에 에러 보상 성능을 향상시킬 수 있는 압축된 비디오 비트스트림에 발생하는 전송 에러의 실시간 은닉 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 압축된 비디오 비트스트림에 발생하는 전송 에러의 실시간 은닉 방법은 손상된 매크로 블럭 주변 영상 정보의 움직임 특성에 따라 적응적으로 탐색창을 결정하는 제 1 과정, 상기 결정된 탐색창 내에서 최적 매크로 블럭을 설정하고 이에 따른 매크로 블럭 단위 최적 움직임 벡터 및 세부 블럭 단위 최적 움직임 벡터를 선정하는 제 2 과정, 상기 최적 움직임 벡터에 따라 상기 손상된 매크로 블럭의 에러를 보상하고 매크로 블럭 경계 정합을 실시하는 제 3 과정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
도 1 및 도 2는 종래 압축된 비디오 비트스트림에 발생하는 전송 에러의 실시간 은닉 방법을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 압축된 비디오 비트스트림에 발생하는 전송 에러의 실시간 은닉 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도.
도 4는 단순 움직임 블럭에 대한 탐색창 결정 방법을 설명하기 위한 도면.
도 5는 복잡 움직임 블럭에 대한 탐색창 결정 방법을 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 압축된 비디오 비트스트림에 발생하는 전송 에러의 실시간 은닉 방법 중 매크로 블럭 경계 정합 방법을 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명에 따른 압축된 비디오 비트스트림에 발생하는 전송 에러의 실시간 은닉 방법 중 블록 경계 정합 방법을 설명하기 위한 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 압축된 비디오 비트스트림에 발생하는 전송 에러의 실시간 은닉 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
어느 시점에 전송된 매크로 블럭이 손상된 경우, 이를 보상하는 방법은 상/하위 매크로 블럭과의 유사도에 따라 탐색창을 결정하는 제 1 과정(31), 탐색창 내 최적 매크로 블럭의 최적 움직임 벡터를 선정하는 제 2 과정(32) 및 최적 움직임 벡터를 기반으로 보상 및 경계 정합을 실시하는 제 3 과정(33)으로 이루어진다. 먼저, 탐색창 결정 과정을 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 4는 단순 움직임 블럭에 대한 탐색창 결정 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 복잡 움직임 블럭에 대한 탐색창 결정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
탐색창을 결정하기 위해서는 먼저, 어느 시점(t)에 전송된 프레임(41 또는 51)의 손상된 매크로 블럭(410 또는 510)을 기준으로 상위/하위 매크로 블럭이 갖는 움직임 벡터를 계산하여 손상된 매크로 블럭이 갖는 움직임 벡터와 방향성 및 크기를 비교한다(301). 방향성과 크기가 유사하다면, 손상된 매크로 블럭(410)을 단순 움직임 블럭으로 결정한다. 이 경우, 손상된 매크로 블럭(410)의 움직임 벡터는 상위 매크로 블럭(420)과 하위 매크로 블럭(430)이 갖는 움직임 벡터 평균값의 ±2화소 범위로 예측한다. 이 예측 결과에 의해 이전 프레임(42)의 동일 위치 영상(440)을 기준으로 하여 종횡 방향으로 ±2화소 정도의 범위를 탐색창(450)으로 결정한다(302).
도 5를 참조하여, 손상된 매크로 블럭(510) 상위/하위의 매크로 블럭(520, 530)이 갖는 움직임 벡터가 손상된 매크로 블럭(510)의 움직임 벡터와 방향성과 크기가 상이하다면, 손상된 매크로 블럭(510)을 복잡 움직임 블럭으로 결정한다. 손상된 매크로 블럭(510)의 상위 매크로 블럭(520)이 갖는 움직임 벡터를 기준으로, 이전 시점(t-1)에 전송된 프레임(52)에서 상위 매크로 블럭(520)과 유사한 움직임 벡터를 갖는 매크로 블럭(550)을 탐색한다. 이와 같이 하면, 매크로 블럭(550) 하위에 위치하는 매크로 블럭(540)이 손상된 매크로 블럭(510)과 유사하다고 예측할 수 있으므로, 매크로 블럭(540) 및 이를 중심으로한 종횡 ±2화소 범위를 제 1 탐색창(580)으로 결정한다. 또한, 손상된 매크로 블럭(510)의 하위 매크로 블럭(530)이 갖는 움직임 벡터를 기준으로 이전 시점(t-1)에 전송된 프레임(52)에서 상위 매크로 블럭(530)과 유사한 움직임 벡터를 갖는 매크로 블럭(570)을 탐색한다. 이와 같이 하면, 매크로 블럭(570) 상위에 위치하는 매크로 블럭(560)이 손상된 매크로 블럭(510)과 유사하다고 예측할 수 있으므로, 매크로 블럭(560) 및 이를 중심으로한 종횡 ±2화소 범위를 제 2 탐색창(590)으로 결정한다. 그리고 움직임 벡터를 0 주변에서 예측했을 때의 탐색창 즉, 손상된 매크로 블럭(510) 및 이를 중심으로한 종횡 ±2화소 범위를 제 3 탐색창(600)으로 결정한다(303).
이와 같이 하여 탐색창이 결정되면, 손상된 매크로 블럭 바깥 경계에서의 화소값과 탐색창 내 각 매크로 블럭 바깥 경계에서의 화소값을 비교하여 가장 작은 제곱 오차를 갖는 탐색창 내의 매크로 블럭을 최적 매크로 블럭으로 결정한다. 이 과정을 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 6은 본 발명에 따른 압축된 비디오 비트스트림에 발생하는 전송 에러의 실시간 은닉 방법 중 매크로 블럭 경계 정합 방법을 설명하기 위한 도면이다.
어느 시점(t)에 전송된 프레임(61)의 영상 매크로 블럭(610)이 손상되었다면, 손상된 매크로 블럭(610) 바깥 경계(a 내지 f)에서의 화소값과 이전(t-1) 프레임의 탐색창(62) 내 임의의 매크로 블럭(630) 바깥 경계(a' 내지 f')에서의 화소값을 비교한다. 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 매크로 블럭 경계에 위치하는 화소 블럭을 6개로 세분화하여 비교한다. 비교 결과 가장 작은 제곱 오차를 갖는 탐색창(62) 내의 매크로 블럭(630)을 최적 매크로 블럭으로 선택한다. 이후, 최적 매크로 블럭에 대하여 매크로 블럭 단위의 최적 움직임 벡터를 선정한다(304).
다음에, 선정된 최적 움직임 벡터를 적용하여 매크로 블럭(610)을 보상한다. 손상된 매크로 블럭(610)의 인접 매크로 블럭(620)에 대한 보상도 같은 방법으로 수행된다.
이와 같은 방법으로 손상된 매크로 블럭을 보상하고 난 후, 보상이 정확히 이루어졌는지 검사한다(305). 보상이 정확히 이루어졌다면, 손상된 매크로 블럭(610)의 움직임 벡터를 최적 움직임 벡터와 동일하게 설정한다(306). 반면, 보상이 정확히 이루어지지 않은 경우에는 매크로 블럭에 대하여 세부 블럭 단위의 보상을 실시한다. 이 과정을 도 7을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 7은 본 발명에 따른 압축된 비디오 비트스트림에 발생하는 전송 에러의 실시간 은닉 방법 중 블럭 경계 정합 방법을 설명하기 위한 도면이다.
어느 시점(t)에 전송된 프레임(71)의 손상된 매크로 블럭(73)이 매크로 블럭 단위의 보상 과정에서 정확히 보상되지 않았다면, 이전 시간(t-1)에 전송된 프레임의 탐색창(72) 내 최적 매크로 블럭(74) 및 손상된 매크로 블럭(73)을 각각 세분화하여 보상한다.
세부 블럭 단위의 보상을 위해 본 발명에서는 16×16 화소 크기의 손상된 매크로 블럭 및 최적 매크로 블럭을 8×8 화소 크기의 세부 블럭으로 분할한다. 각 세부 블럭이 갖는 움직임 벡터는 매크로 블럭 단위의 최적 움직임 벡터를 선정하는 과정에서 사용된 변수를 세분화하는 것에 의해 계산될 수 있으므로, 세부 블럭의 움직임 벡터를 탐색하기 위한 별도의 계산 과정은 필요하지 않게 된다.
매크로 블럭을 세분화하고 난 후, 손상된 매크로 블럭(73)의 제 1 세부 블럭(710) 바깥 경계(b)의 화소값과 최적 매크로 블럭(74)의 제 1 세부 블럭(750) 바깥 경계(b')의 화소값에 대한 제곱 오차를 구하여 정확한 보상이 이루어졌는지 검사한다(307). 보상이 정확히 이루어졌다면, 매크로 블럭 단위의 보상과정에서 보상된 움직임 벡터를 유지하도록 한다(308). 반면, 보상이 정확히 이루어지지 않은 경우에는 최적 매크로 블럭의 제 1 세부 블럭(750)으로 대치한다(309). 다음에, 손상된 매크로 블럭의(73)의 제 2 세부 블럭(720) 바깥 경계(a)의 화소값과 최적 매크로 블럭(74)의 제 2 세부 블럭(756) 바깥 경계(a')의 화소값에 대한 제곱 오차를 구하여 정확한 보상이 이루어졌는지 검사한다(310). 보상이 정확히 이루어졌다면, 매크로 블럭 단위의 보상과정에서 보상된 움직임 벡터를 유지하도록 하고(311), 보상이 정확히 이루어지지 않은 경우에는 최적 매크로 블럭의 제 2 세부 블럭(760)으로 대치한다(312). 제 3 세부 블럭(730) 및 제 4 세부 블럭(740)도 같은 방법을 적용하여, 보상이 정확히 이루어진 경우에는 매크로 블럭 단위 보상시의 움직임 벡터를 유지하도록 하고(314, 317), 그렇지 않은 경우에는 최적 매크로 블럭의 제 3 및 제 4 세부 블럭(770, 780)으로 대치(315, 318)하도록 한다.
이와 같이 본 발명은 주변 영상정보의 움직임 특성에 따라 적응적으로 탐색창을 설정하므로써, 탐색에 의해 소비되는 계산과 이에 따른 처리 시간을 감소시켰다. 그리고 블럭 경계 정합 방법도 손실된 매크로 블럭 밖에 존재하는 인접 화소들과 탐색 범위 내 매크로 블럭의 안쪽 경계 화소들간의 차분을 비교하는 기존의 방법 대신, 손실된 매크로 블럭 밖의 인접 화소들과 탐색창 내 최적 매크로 블럭의 밖에 위치하는 인접 화소들을 직접 비교하는 방식을 사용하므로써 화질 보상 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 세부 블럭(8×8) 단위의 보상 모드시 이를 위한 추가적인 탐색을 행하지 않도록 하므로써 계산량의 증가없이 매크로 블럭당 4개의 움직임 벡터를 적용시킬 수 있다.
이에 따라, 영상 데이터 복호시 검출된 에러에 대한 화질 열화를 적은 계산량으로 실시간에 보상할 수 있고 보상 성능을 향상시킬 수 있어 무선 이동통신망을 이용한 화상 회의 및 화상 전화 서비스에 적용이 가능하다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 영상의 특성에 적응적으로 대응하여 손상된 움직임 벡터를 추정하고 추정된 움직임 벡터의 범위에만 블럭 경계 정합 방법을 적용하므로써 에러 보상을 위한 탐색 회수를 격감시킬 수 있고, 블럭 경계 정합시 추정 매크로 블럭을 세분화하여 정합하므로써 손상된 매크로 블럭에 의한 화질 열화를 최소화시킬 수 있다. 이에 따라 손상된 데이터의 실시간 보상이 가능하고 에러 보상 성능이 향상되는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 손상된 매크로 블럭 주변 영상 정보의 움직임 특성에 따라 적응적으로 탐색창을 결정하는 제 1 과정,
    상기 결정된 탐색창 내에서 최적 매크로 블럭을 설정하고 이에 따른 매크로 블럭 단위 최적 움직임 벡터 및 세부 블럭 단위 최적 움직임 벡터를 선정하는 제 2 과정,
    상기 최적 움직임 벡터에 따라 상기 손상된 매크로 블럭의 에러를 보상하고 매크로 블럭 경계 정합을 실시하는 제 3 과정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 압축된 비디오 비트스트림에 발생하는 전송 에러의 실시간 은닉 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 과정은 손상된 매크로 블럭의 움직임 벡터와 상기 손상된 블럭 상/하위 매크로 블럭의 움직임 벡터가 갖는 크기 및 방향성의 유사도를 비교하는 단계와,
    상기 비교 결과 크기 및 방향성이 유사한 경우 단순 움직임 블럭으로 결정하고 단일 탐색창을 설정하는 단계와,
    상기 비교 결과 크기 및 방향성이 상이한 경우 복잡 움직임 블럭으로 결정하고 복수 탐색창을 설정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 압축된 비디오 비트스트림에 발생하는 전송 에러의 실시간 은닉 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 과정은 매크로 블럭 단위 최적 움직임 벡터에 따른 에러 보상이 정확히 이루어졌는지 검사하는 단계와,
    상기 매크로 블럭 단위의 에러 보상이 정확히 이루어진 경우, 손상된 매크로 블럭의 움직임 벡터를 선정된 최적 움직임 벡터와 동일하게 설정하는 단계와,
    상기 매크로 블럭 단위의 에러 보상이 정확히 이루어지지 않은 경우, 손상된 매크로 블럭을 세분화하고 각 세부 블럭 단위로 에러 보상이 정확히 이루어졌는지 검사하는 단계와,
    상기 세부 블럭 단위로 에러 보상이 정확히 이루어진 경우, 매크로 블럭 단위 에러 보상시의 움직임 벡터를 유지하는 단계와,
    상기 세부 블럭 단위로 에러 보상이 정확히 이루어지지 않은 경우, 손상된 세부 블럭을 탐색창 내 최적 매크로 블럭의 동일 위치에 있는 세부 블럭으로 대치하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 압축된 비디오 비트스트림에 발생하는 전송 에러의 실시간 은닉 방법.
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