KR20000025291A - 엠펙-2 영상 부호화기의 움직임 보상 및 모드 결정 장치 - Google Patents

엠펙-2 영상 부호화기의 움직임 보상 및 모드 결정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 프레임 화면 부호화 방식의 MPEG-2 영상 부호화기에서 현재 입력되는 영상과 이미 입력되었던 이전 영상을 비교하여 움직임 추정 및 보상하는 움직임 보상 및 모드 결정 장치를 하드웨어적으로 구현하기 위한 것으로, 이러한 본 발명은 현재 입력 영상과 이전 영상을 비교하여 움직임을 보상할 때 순방향/역방향/양방향 예측 방법으로 예측하고, 이 3가지 예측 방법에 의해 예측된 매크로 블록과 현재 입력되는 매크로 블록을 비교하여 가장 적은 예측 오차에 해당되는 예측 방법을 선택한다. 그리고 이러한 움직임 예측 방법의 선택 동작을 프레임예측 방법과 필드 예측 방법 각각에 대해 수행한 후, 최종적으로 가장 적은 예측 오차에 해당되는 예측 방법을 결정함으로써, 현재 입력되는 매크로 블록에 가장 적합한 예측 모드를 결정하여 움직임 추정 및 보상이 효과적으로 수행되도록 하게 되는 것이다.

Description

엠펙-2 영상 부호화기의 움직임 보상 및 모드 결정 장치
본 발명은 엠펙(Moving Picture Exports Group ; 미디어 통합계 동영상 압축의 국제 표준) 방식 영상 부호화기에 관한 것으로, 특히 엠펙-2 방식으로 영상을 부호화할 때 다양한 움직임 보상 모드를 결정하는 MPEG-2 영상 부호화기의 움직임 보상 모드 결정 장치에 관한 것이다.
일반적으로 MPEG-2 영상 부호화기는 움직임 보상 과정, 직교 변환 과정, 양자화 과정, 엔트로피 부호화 과정을 수행하여 영상을 부호화한다.
움직임 보상 과정은, 화면 내에서 사물이 움직인 경우 이동 전과 이동 후의 위치에 예측 오류가 생기는데, 이 물체의 이동을 검출하여 즉, 움직임 벡터를 검출하여 이 움직임 벡터에 의해서 앞 화면 대상물의 위치를 수정하고, 이것을 사용해서 프레임간 예측을 행하는 과정이다. 직교 변환 과정은, 움직임 보상 처리된 영상을 입력받아 처리하게 되는데, 입력 영상을 8*8 화소의 블록(block)으로 분할하여 각 화소 블록마다 이산 코사인 변환(Discrete Cosine Transform ; DCT)을 행한다. 이 DCT를 통해 화상을 낮은 주파수 성분으로부터 높은 주파수 성분까지 분해시키게 되며, 분해된 고주파 성분은 버리고 저주파 성분만을 취하여 정보 손실없이 정보 압축을 가능하게 해준다.
그리고 양자화 과정은 직교 변환 과정이 수행된 블록의 각 계수를 양자화 스텝으로 나누어 나머지를 반올림하여 취하는 과정이다. 이 때 양자화 스텝이 충분히 작으면, 재생 영상은 거의 원화와 같은 정도로 복원한다. 이 양자화 과정을 통해 더욱 정보 압축을 효율적으로 할 수 있게 된다. 그리고 엔트로피 부호화 과정은 양자화가 수행된 DCT 계수에 대해 발생 확률이 높은 값에 길이가 짧은 부호를 할당하고 발생 확률이 낮은 값에 길이가 긴 부호를 할당하여 전송 정보를 줄이는 과정이다.
도1은 이러한 일반적인 MPEG-2 영상 부호화기의 블록 구성도이다.
이에 도시된 바와 같이, 움직임 추정 및 보상부(1)는 입력 영상과 이전 영상을 이용하여 움직임 추정 및 보상한다. 상기 움직임 추정 및 보상부(1)의 제1 및 제2 프레임 메모리(2)(3)는 이전 영상을 각각 저장한다. 또한 프레임 움직임 추정부(6)는 상기 제1 프레임 메모리(2)에 저장된 이전 영상과 현재 입력되는 입력 영상을 비교하여 프레임간 움직임을 추정한다. 필드 움직임 추정부(7)는 상기 제2 프레임 메모리(3)에 저장된 이전 영상과 현재 입력 영상을 비교하여 필드간 움직임을 추정한다. 프레임 움직임 보상부(4)는 상기 프레임 움직임 추정부(6)에서 추정된 움직임 벡터로 상기 제1 프레임 메모리(2)에 저장된 이전 영상의 움직임을 보상한다. 필드 움직임 보상부(5)는 상기 필드 움직임 추정부(7)에서 추정된 움직임 벡터로 상기 제2 프레임 메모리(3)에 저장된 이전 영상의 움직임을 보상한다. 스위치(8)는 상기 프레임 움직임 보상부(4)와 필드 움직임 보상부(5)에서 각각 출력되는 움직임 보상 예측 신호중 오차가 적은 신호를 선택하여 뺄셈기(10)로 전송한다.
뺄셈기(10)는 상기 프레임 움직임 보상부(4)와 상기 필드 움직임 보상부(5)에서 각각 출력된 신호 중 상기 스위치(8)의 연결에 의해 선택된 움직임 보상 예측 신호와 현재 입력되는 입력 영상과의 차이값을 출력한다.
이산여현 부호화(Discrete Cosine Transform ; DCT)부(11)는 상기 뺄셈기(10)에서 출력된 신호를 DCT변환시켜 양자화부(12)로 출력한다. 양자화부(12)는 상기 DCT부(11)에서 출력되는 신호를 양자화시킨다. 역양자화부(14)는 상기 양자화부(12)에서 출력되는 오차 신호를 역양자화시키고, 역DCT부(15)는 이 역양자화된 신호를 역DCT시킨다. 가산기(16)는 상기 역DCT부(15)의 출력신호와 상기 움직임 보상 예측된 신호를 가산하여 상기 제1 및 제2 프레임 메모리(2)(3)에 저장한다.
가변장 부호화부(17)는 상기 양자화부(12)에서 양자화된 신호를 가변장 부호화시켜 비트열로 출력한다. 비트율 제어부(13)는 상기 가변장 부호화부(17)에서 출력되는 비트열의 길이에 따라 상기 양자화부(12)의 동작을 제어한다.
일반적으로 MPEG에서는 부호화 효율을 극대화하기 위해 각 프레임을 I-픽처(Intra-Picture), P-픽처(Predictive-Picture), B-픽처(Bidirectionally predictive -Picture)의 3가지 방법으로 부호화시킨다.
I-픽처는 임의의 접근을 가능하게 하기 위해 현재 화면내의 정보만을 이용하여 부호화된 영상이다. P-픽처는 이전에 이미 부호화된 I-픽처 또는 P-픽처를 이용하여 움직임 보상을 하고, 이에 의한 예측 오차를 부호화시킨 영상이다. B-픽처는 시간적으로 이전과 이후에 위치하는 이미 부호화된 I-픽처 또는 P-픽처를 이용하여 움직임 보상을 하고, 그 예측 오차를 부호화시킨 영상이다. 따라서 P-픽처에서는 순방향의 예측만 허용되고, B-픽처에서는 이전 영상으로부터의 순방향 예측, 이후 영상으로부터의 역방향 예측 그리고 이들의 평균에 의한 양방향 예측이 허용된다. 이렇게 MPEG-2 영상 부호화기에서 움직임 보상 동작은 각 영상의 종류에 따라 다르게 동작된다.
또한 영상 부호화의 방법에는 2가지가 있는데, 한가지는 2필드(field)로 구성되는 프레임을 단위로 부호화하는 프레임 화면 부호화 방법과 각 필드를 별개의 화면으로 부호화하는 필드 화면 부호화 방법이 있다.
본 발명에서 다루는 MPEG-2 영상 부호화기는 프레임 화면 부호화를 기본으로 하는데, 하나의 화면을 프레임 단위로 움직임 예측을 수행할 것인지 또는 하나의 화면을 필드 단위로 움직임 예측을 수행할 것인지에 따라 움직임 보상 방법이 다르게 동작된다. 즉, 프레임 화면 부호화에서의 움직임 보상 방법은 움직임 보상을 위한 1개의 기준 화면이 있는 경우, 1 매크로 블록에 1 움직임 벡터를 적용하는 프레임 예측과, 1 매크로 블록을 16*8 화소의 2 필드로 나누어 각각에 다른 움직임 벡터를 적용하는 필드 예측이 있다.
따라서 움직임을 보상하는 움직임 보상 모드를 결정하기 위해서는 순방향, 역방향 및 양방향의 움직임 보상을 프레임과 필드 예측에 대해 각각 수행하고, 이들 6가지 예측에 대한 오차들 중에 최소의 오차를 제공하는 움직임 예측 모드를 결정하여 움직임 보상을 수행해야 한다.
그러나 이러한 6가지의 예측 동작을 각각 수행한 후 최선의 움직임 예측 모드를 결정하여 움직임을 보상하는 상기 움직임 추정 및 보상부(1)는, 하드웨어적으로 구체화되어 있지 않다. 따라서 도1에 도시된 움직임 추정 및 보상부(1)의 내부 블록으로는 요구되는 움직임 보상 동작이 수행되지 못한다.
이에 본 발명은 MPEG-2 영상 부호화기의 움직임 보상 및 모드 결정 장치를 하드웨어적으로 구현하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 프레임 픽처 구조에서의 프레임 및 필드 예측을 사용하는 영상 부호화기에서 프레임 예측 방법과 필드 예측 방법에 각각 순방향 예측, 역방향 예측, 양방향 예측을 수행하고, 이들 예측 동작 중 가장 오차가 적은 예측 동작을 결정하여 움직임 보상 동작을 수행하도록 하는 MPEG-2 영상 부호화기의 움직임 보상 및 모드 결정 장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 MPEG-2 영상 부호화기의 움직임 보상 및 모드 결정 장치는,
현재 입력되는 입력 화면과 이전에 입력되었던 이전 화면을 비교한 후 프레임간 움직임을 추정하여 움직임 벡터를 계산하는 프레임 움직임 추정부와;
현재 입력되는 화면과 이전 화면을 비교한 후 필드간 움직임을 추정하여 움직임 벡터를 계산하는 필드 움직임 추정부와;
상기 프레임 움직임 추정부에서 계산된 움직임 벡터로 움직임 보상을 수행하여 프레임 예측 데이터를 출력하는 프레임 움직임 보상부와;
상기 필드 움직임 추정부에서 계산된 움직임 벡터로 움직임 보상을 수행하여 필드 예측 데이터를 출력하는 필드 움직임 보상부와;
상기 프레임 움직임 보상부에서 출력되는 프레임 예측 데이터와 현재의 입력 매크로 블록 데이터간의 차이값을 계산하고, 이 차이값을 비교하여 움직임 보상 모드를 결정하는 프레임 모드 결정부와;
상기 필드 움직임 보상부에서 출력되는 필드 예측 데이터와 현재의 입력 매크로 블록 데이터간의 차이값을 계산하고, 이 차이값을 비교하여 움직임 보상 모드를 결정하는 필드 모드 결정부와;
상기 프레임 모드 결정부와 필드 모드 결정부에서 각각 출력되는 보상 모드 정보와 오차값을 서로 비교하여 현재 입력되는 매크로 블록의 최종 움직임 보상 모드를 결정하는 움직임 보상 모드 결정부를 포함하여 이루어짐을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 MPEG-2 영상 부호화기의 블록 구성도,
도 2는 본 발명에 의한 MPEG-2 영상 부호화기의 움직임 보상 및 모드 결정 장치의 블록 구성도,
도 3은 도2의 움직임 보상부의 블록 구성도,
도 4는 도2의 모드 결정부의 블록 구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100:프레임 움직임 추정부 200:필드 움직임 추정부
300:프레임 움직임 보상부 400:필드 움직임 보상부
500:프레임 모드 결정부 600:필드 모드 결정부
700:움직임 보상 모드 결정부
이하, 상기와 같은 본 발명 MPEG-2 영상 부호화기의 움직임 보상 및 모드 결정 장치를 첨부된 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.
MPEG-2에서는 움직임 보상과 관련되어 다양한 방법들이 표준화되어 있는데, 이 MPEG-2에서 지원되는 움직임 보상 동작은 순방향/역방향/양방향의 3가지가 있으므로, 움직임 보상 모드를 결정하기 위해서는 프레임 예측 방법과 필드 예측 방법 각각에 대해 수행되어야 한다. 그러기 위해 총 6가지에 대한 예측이 수행되어야 하고, 각각의 예측 동작에 대해 해당 예측 오차를 계산할 수 있어야 한다.
이러한 동작을 하드웨어적으로 구현하기 위해 프레임 예측 동작과 필드 예측 동작으로 나누어 각각 독립적으로 처리하고, 이 두 가지 동작의 결과를 최종적으로 한 번 더 비교함으로써 움직임 보상 모드 결정 동작이 수행되도록 한다.
도2는 본 발명에 의한 MPEG-2 영상 부호화기의 움직임 보상 및 모드 결정 장치의 블록 구성도로서, 도1의 움직임 추정 및 보상부를 구체적으로 구현한 것이다.
이에 도시된 바와 같이, 프레임 움직임 추정부(100)는 현재 입력되는 입력 화면과 이전 화면을 비교한 후 프레임간 움직임을 추정하여 움직임 벡터를 계산한다. 필드 움직임 추정부(200)는 현재 입력되는 화면과 이전 화면을 비교한 후 필드간 움직임을 추정하여 움직임 벡터를 계산한다. 프레임 움직임 보상부(300)는 상기 프레임 움직임 추정부(100)에서 계산된 움직임 벡터로 움직임 보상을 수행하여 프레임 예측 데이터를 출력한다. 필드 움직임 보상부(400)는 상기 필드 움직임 추정부(200)에서 계산된 움직임 벡터로 움직임 보상을 수행하여 필드 예측 데이터를 출력한다. 프레임 모드 결정부(500)는 상기 프레임 움직임 보상부(300)에서 출력되는 프레임 예측 데이터와 현재의 입력 매크로 블록 데이터간의 차이값을 계산하고, 이 차이값을 비교하여 움직임 보상 모드를 결정한다. 필드 모드 결정부(600)는 상기 필드 움직임 보상부(400)에서 출력되는 필드 예측 데이터와 현재의 입력 매크로 블록 데이터간의 차이값을 계산하고, 이 차이값을 비교하여 움직임 보상 모드를 결정한다. 움직임 보상 모드 결정부(700)는 상기 프레임 모드 결정부(500)와 필드 모드 결정부(600)에서 각각 출력되는 보상 모드 정보와 오차값을 서로 비교하여 현재 입력되는 매크로 블록의 최종 움직임 보상 모드를 결정한다.
상기와 같은 MPEG-2 영상 부호화기의 움직임 보상 및 모드 결정 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 실시간 동작을 구현하기 위해 필드 예측과 프레임 예측의 2부분으로 구분된다.
도1의 역양자화부(14)와 역DCT부(15)를 순차 통과한 신호와 움직임 보상 예측된 신호가 합해져서 생성된 기준 이전 화면과 현재 입력되는 입력 화면을 비교하여 프레임간 움직임을 추정한다. 그래서 움직임 벡터를 계산하여 프레임 움직임 보상부(300)로 전송한다. 또한 필드 움직임 추정부(200)도 기준 이전 화면과 현재 입력되는 입력 화면을 비교하여 필드간 움직임을 추정한다. 그래서 움직임 벡터를 계산하여 필드 움직임 보상부(400)로 전송한다.
그러면 프레임 움직임 보상부(300)는 상기 프레임 움직임 추정부(100)에서 계산된 움직임 벡터로 움직임 보상을 수행하여 프레임 예측 데이터를 출력한다. 또한 필드 움직임 보상부(400)도 상기 필드 움직임 추정부(200)에서 계산된 움직임 벡터로 움직임 보상을 수행하여 필드 예측 데이터를 출력한다.
이러한 프레임 움직임 보상부(300)는 도3에 도시된다.
프레임 움직임 보상부(300)는 휘도 신호에 대한 움직임 보상 블록과 색도 신호에 대한 움직임 보상 블록으로 나누어져 구성된다.
움직임 벡터 처리부(310)는 상기 프레임 움직임 추정부(100)로부터 입력받은 움직임 벡터를 휘도 신호의 움직임 벡터와 색도 신호의 움직임 벡터로 나눈다. 휘도 신호 메모리 주소 발생부(320) 및 색도 신호 메모리 주소 발생부(321)는 다음 화면의 예측을 위해 현재 매크로 블록의 재생된 데이터를 저장하기 위한 주소를 각각 생성하고, 상기 움직임 벡터 처리부(310)로부터 각각 전달받은 움직임 벡터의 정수 부분을 이용하여 현재 매크로 블록을 예측하기 위한 주소를 발생한다. 휘도 신호 메모리(330)와 색도 신호 메모리(331)는 양방향 예측을 고려하여 각각 2개의 프레임의 신호를 저장한다. 휘도 신호 메모리 조절부(340)는 현재 화면의 부호화 신호와 이 부호화의 역과정 수행으로 재생된 신호를 상기 휘도 신호 메모리(330)에 저장하고, 예측을 위해 상기 휘도 신호 메모리(330)에서 읽혀진 신호들의 흐름을 조절한다. 색도 신호 메모리 조절부(341)는 현재 화면의 부호화 신호와 이 부호화의 역과정 수행으로 재생된 신호를 상기 색도 신호 메모리(331)에 저장하고, 예측을 위해 상기 색도 신호 메모리(331)에서 읽혀진 신호들의 흐름을 조절한다. 휘도 신호 반화소 예측부(350)는 상기 휘도 신호 메모리 조절부(340)로부터 전송받은 반 화소 움직임 벡터를 이용하여 순방향 및 역방향 예측 신호를 생성한다. 색도 신호 반화소 예측부(351)는 상기 색도 신호 메모리 조절부(341)로부터 전송받은 화소 움직임 벡터를 이용하여 순방향 및 역방향 예측 신호를 생성한다.
이와 같은 프레임 움직임 보상부의 동작을 설명하면, 먼저, 움직임 벡터 처리부(310)는 상기 프레임 움직임 추정부(100)로부터 입력받은 움직임 벡터를 휘도 신호의 움직임 벡터와 색도 신호의 움직임 벡터로 분류한다. 그래서 휘도 신호 움직임 벡터는 휘도 신호 메모리 주소 발생부(320)로 전송하고, 색도 신호 움직임 벡터는 색도 신호 메모리 주소 발생부(321)로 전송한다.
그러면 휘도 신호 메모리 주소 발생부(320)와 색도 신호 메모리 주소 발생부(321)는 각각 다음 화면의 예측을 위해 현재 매크로 블록의 재생된 데이터를 저장하기 위한 주소를 생성한다. 그리고 휘도 신호 메모리 주소 발생부(320)와 색도 신호 메모리 주소 발생부(321)는, 움직임 벡터 처리부(310)로부터 각각 전달받은 움직임 벡터의 정수 부분을 이용하여 현재 매크로 블록을 예측하기 위한 주소를 발생한다. 저장을 위한 주소는 현재 매크로 블록의 위치에 해당되는 1개의 주소가 되지만, 예측을 위한 주소는 현재 화면의 부호화 모드(P-픽처, B-픽처)와 예측 모드(프레임 예측, 필드 예측)에 따라 다양한 값의 1개 내지 4개의 주소가 된다. 이밖에도 각 휘도 신호 메모리(330)와 색도 신호 메모리(331)를 조절하는 신호들과 반화소 예측을 위한 정보를 발생한다.
휘도 신호 메모리(330)와 색도 신호 메모리(331)는 양방향 예측을 고려하여 각각 2개의 프레임의 신호를 저장한다.
휘도 신호 메모리 조절부(340)는 휘도 신호 메모리 주소 발생부(320)에서 발생된 저장하기 위한 주소의 해당 휘도 신호 메모리(330) 영역에 현재 화면의 부호화된 신호를 저장한다. 그리고 휘도 신호 메모리 주소 발생부(320)에서 발생된 주소의 해당 휘도 신호 메모리(330)에, 이 부호화 동작의 역과정 수행으로 재생된 신호를 저장한다. 또한 예측을 위해 상기 휘도 신호 메모리(330)에서 읽혀진 신호들의 흐름을 조절한다. 이때 읽혀진 신호는 P-픽처나 I-픽처에서는 순방향의 데이터만 존재하고, B-픽처에서는 순방향과 역방향의 2가지 데이터가 된다. 물론 I-픽처에서 읽혀진 데이터는 무의미한 것이 된다. 그리고 재생된 신호의 쓰기 작업은 I-픽처와 P-픽처일 때만 이루어진다.
휘도 신호 반화소 예측부(350)는 휘도 신호 메모리 조절부(340)로부터 전송받은 반 화소 움직임 벡터를 이용하여 순방향 및 역방향 예측 신호를 생성한다. 색도 신호 반화소 예측부(351)는 상기 색도 신호 메모리 조절부(341)로부터 전송받은 화소 움직임 벡터를 이용하여 순방향 및 역방향 예측 신호를 생성한다.
이렇게 프레임 움직임 보상부(300)에서 휘도 신호 순방향 및 역방향 예측 데이터와 색도신호 순방향 및 역방향 예측 데이터가 생성되면, 프레임 모드 결정부(500)는 이 순방향 및 역방향 예측 데이터로 양방향 예측 데이터를 생성한다. 그래서 순방향 및 역방향, 양방향 예측 방법의 해당 예측 오차를 각각 계산하여 오차가 가장 적은 예측 방법을 결정한다.
이러한 프레임 모드 결정부(500)는 도4에 도시된다.
이에 도시된 바와 같이, 양방향예측 및 오차 계산부(510)는 상기 휘도 신호 반화소 예측부(350)에서 출력되는 휘도신호 순방향 예측 데이터와 역방향 예측 데이터를 평균하여 양방향 예측 데이터를 계산하고, 휘도 신호 순방향/역방향/양방향 예측 방법으로 예측된 매크로 블록 데이터와 현재 입력되는 매크로 블록 데이터와 차이값을 계산한다. 제1 데이터 지연부(520)는 현재 입력 매크로 블록의 모드 결정이 끝날 때까지 휘도 신호 순방향/역방향 예측데이터를 지연시킨다. 제2 데이터 지연부(521)는 현재 입력 매크로 블록의 모드 결정이 끝날 때까지 색도 신호 순방향/역방향 예측 데이터를 지연시킨다. 오차 비교 및 모드 결정부(540)는 상기 양방향 예측 및 오차 계산부(510)에서 계산된 예측 오차를 비교하여 현재 매크로 블록의 움직임 보상 모드를 결정하고, 상기 움직임 보상 모드 결정부(700)에서 최종적인 움직임 보상 모드를 결정할 수 있도록 최소 오차를 출력한다. 휘도 데이터 선택부(530)는 상기 제1 데이터 지연부(520)에서 전송되는 휘도 신호 순방향/역방향 예측 데이터로 양방향 예측을 하고, 상기 오차비교 및 모드 결정부(540)에서 전송되는 예측 모드에 따라 해당 휘도 신호 예측 데이터를 선택하여 출력한다. 색도 데이터 선택부(531)는 상기 제2 데이터 지연부(521)에서 전송되는 색도 신호 순방향/역방향 예측 데이터로 양방향 예측을 하고, 상기 오차비교 및 모드 결정부(540)에서 전송되는 예측 모드에 따라 해당 색도 신호 예측 데이터를 선택하여 출력한다.
이와 같은 프레임 모드 결정부(500)의 동작을 설명하면, 양방향예측 및 오차 계산부(510)는 도3의 휘도 신호 반화소 예측부(350)에서 출력되는 휘도신호 순방향 예측 데이터와 역방향 예측 데이터를 평균하여 양방향 예측 데이터를 계산한다. 이렇게 휘도 성분의 매크로블록 데이터만을 사용하여 양방향 예측을 수행한다. 그리고 휘도 신호 순방향/역방향/양방향 예측 방법으로 예측된 매크로 블록 데이터와 현재 입력되는 매크로 블록 데이터와 차이값을 계산하여 3가지 예측 방법에 대한 예측 오차를 오차 비교 및 모드 결정부(540)로 전송한다.
이때 제1 및 제2 데이터 지연부(520)(521)는 현재 입력 매크로 블록의 모드 결정이 끝날 때까지 휘도 신호 순방향/역방향 예측데이터와 색도 신호 순방향/역방향 예측 데이터를 각각 지연시킨다.
오차 비교 및 모드 결정부(540)는 양방향 예측 및 오차 계산부(510)에서 계산된 3가지의 예측 오차를 비교하여, 가장 적은 예측 오차를 갖는 예측 방법으로 현재 매크로 블록에 대한 움직임 보상 모드를 결정한다. 그리고 도2의 움직임 보상 모드 결정부(700)에서 최종적인 움직임 보상 모드를 결정할 수 있도록 최소 오차를 출력한다.
휘도 데이터 선택부(530)는 제1 데이터 지연부(520)에서 전송되는 휘도 신호 순방향/역방향 예측 데이터로 다시 양방향 예측을 한다. 그리고 오차비교 및 모드 결정부(540)에서 전송되는 예측 모드에 따라 해당 휘도 신호 예측 데이터를 선택하여 도2의 움직임 보상 모드 결정부(700)로 출력한다. 색도 데이터 선택부(531)도 제2 데이터 지연부(521)에서 전송되는 색도 신호 순방향/역방향 예측 데이터로 다시 양방향 예측을 하고, 상기 오차비교 및 모드 결정부(540)에서 전송되는 예측 모드에 따라 해당 색도 신호 예측 데이터를 선택하여 도2의 움직임 보상 모드 결정부(700)로 출력한다.
도2의 필드 움직임 보상부(400)는 상기 프레임 움직임 보상부(300)와 동일한 방법으로 구성된다. 단지 예측을 위한 움직임 벡터에 따라 읽혀지는 데이터가 서로 다를 뿐이다. 그래서 필드 움직임 보상부(400)의 구성과 동작 설명은 생략한다.
또한 필드 모드 결정부(600)도 상기 프레임 모드 결정부(500)와 동일한 방법으로 구성되고, 동작도 동일한 방법으로 수행되므로, 설명을 생략한다.
그래서 움직임 보상 모드 결정부(700)는, 프레임 모드 결정부(500)에서 출력되는 보상 모드 정보 및 최소 오차와 필드 모드 결정부(600)에서 출력되는 보상 모드 정보 및 최소 오차를 비교한다. 이 결과 가장 작은 오차를 갖는 보상 모드를 최종적으로 선택하여, 현재 매크로 블록의 최종 움직임 보상 모드를 결정하게 되는 것이다. 이에 따라 필드 예측에 대한 순방향/역방향/양방향 예측 모드와 프레임 예측에 대한 순방향/역방향/양방향 예측 모드의 6가지 움직임 보상 모드 중 가장 오차가 적은 최선의 움직임 보상 모드를 결정하게 되는 것이다.
이렇게 움직임 추정 및 보상 동작이 수행되면, DCT부(11)는 움직임 보상된 영상을 DCT 수행하고 양자화부(12)는 이 DCT 수행된 신호를 양자화한다. 그리고 양자화부(12)를 통한 신호를 다시 역양자화부(14)와 역DCT부(15)를 통과시켜 다음 입력되는 영상의 움직임 추정 및 보상을 위해 제1 및 제2 메모리(2)(3)에 저장시킨다.
양자화부(12)에서 전송되는 신호는 가변장 부호화되어 출력된다.
한편 본 발명은 프레임 예측 모드나 필드 예측 모드 중 한가지에 대한 예측 모드만이 적용되는 MPEG-2 영상 부호화기에도 변경하여 사용가능하다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 MPEG-2 영상 부호화기의 움직임 보상 및 모드 결정 장치를 실제적으로 구현할 수 있도록 해주는 효과가 있다.
또한 본 발명에 의한 MPEG-2 영상 부호화기의 움직임 보상 및 모드 결정 장치는, 프레임 픽처 구조에서의 프레임 및 필드 예측을 사용하는 영상 부호화기에서 프레임 예측 방법과 필드 예측 방법에 각각 순방향 예측, 역방향 예측, 양방향 예측을 수행하고, 이들 예측 동작 중 가장 오차가 적은 예측 동작을 결정하여 움직임 보상 동작을 수행할 수 있도록 함으로써, 현재 입력되는 매크로 블록에 대해 가장 적합한 움직임 예측을 할 수 있게 되는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 현재 입력되는 영상과 이전 영상과의 움직임 추정 및 보상으로 부호화하는 MPEG-2 영상 부호화기에 있어서,
    현재 입력되는 입력 화면과 이전에 입력되었던 이전 화면을 비교한 후 프레임간 움직임을 추정하여 움직임 벡터를 계산하는 프레임 움직임 추정부와;
    현재 입력되는 화면과 이전 화면을 비교한 후 필드간 움직임을 추정하여 움직임 벡터를 계산하는 필드 움직임 추정부와;
    상기 프레임 움직임 추정부에서 계산된 움직임 벡터로 움직임 보상을 수행하여 프레임 예측 데이터를 출력하는 프레임 움직임 보상부와;
    상기 필드 움직임 추정부에서 계산된 움직임 벡터로 움직임 보상을 수행하여 필드 예측 데이터를 출력하는 필드 움직임 보상부와;
    상기 프레임 움직임 보상부에서 출력되는 프레임 예측 데이터와 현재의 입력 매크로 블록 데이터간의 차이값을 계산하고, 이 차이값을 비교하여 움직임 보상 모드를 결정하는 프레임 모드 결정부와;
    상기 필드 움직임 보상부에서 출력되는 필드 예측 데이터와 현재의 입력 매크로 블록 데이터간의 차이값을 계산하고, 이 차이값을 비교하여 움직임 보상 모드를 결정하는 필드 모드 결정부와;
    상기 프레임 모드 결정부와 필드 모드 결정부에서 각각 출력되는 보상 모드 정보와 오차값을 서로 비교하여 현재 입력되는 매크로 블록의 최종 움직임 보상 모드를 결정하는 움직임 보상 모드 결정부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 MPEG-2 영상 부호화기의 움직임 보상 및 모드 결정 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 프레임 움직임 보상부는,
    상기 프레임 움직임 추정부로부터 입력받은 움직임 벡터를 휘도 신호의 움직임 벡터와 색도 신호의 움직임 벡터로 분류하는 움직임 벡터 처리부와; 다음 화면의 예측을 위해 현재 매크로 블록의 재생된 데이터를 휘도 신호 메모리에 저장하기 위한 주소를 생성하고, 상기 움직임 벡터 처리부로부터 전달받은 움직임 벡터의 정수 부분을 이용하여 현재 매크로 블록을 예측하기 위한 주소를 발생하는 휘도 신호 메모리 주소 발생부와; 다음 화면의 예측을 위해 현재 매크로 블록의 재생된 데이터를 색도 신호 메모리에 저장하기 위한 주소를 생성하고, 상기 움직임 벡터 처리부로부터 전달받은 움직임 벡터의 정수 부분을 이용하여 현재 매크로 블록을 예측하기 위한 주소를 발생하는 색도 신호 메모리 주소 발생부와; 양방향 예측을 고려하여 2개의 프레임의 신호를 각각 저장하는 휘도 신호 메모리 및 색도 신호 메모리와; 현재 화면의 부호화 신호와 이 부호화의 역과정 수행으로 재생된 신호를 상기 휘도 신호 메모리에 저장하고, 예측을 위해 상기 휘도 신호 메모리에서 읽혀진 신호들의 흐름을 조절하는 휘도 신호 메모리 조절부와; 현재 화면의 부호화 신호와 이 부호화의 역과정 수행으로 재생된 신호를 상기 색도 신호 메모리에 저장하고, 예측을 위해 상기 색도 신호 메모리에서 읽혀진 신호들의 흐름을 조절하는 색도 신호 메모리 조절부와; 상기 휘도 신호 메모리 조절부로부터 전송받은 반 화소 움직임 벡터를 이용하여 순방향 및 역방향 예측 신호를 생성하는 휘도 신호 반화소 예측부와; 상기 색도 신호 메모리 조절부로부터 전송받은 화소 움직임 벡터를 이용하여 순방향 및 역방향 예측 신호를 생성하는 색도 신호 반화소 예측부로 구성된 것을 특징으로 하는 MPEG-2 영상 부호화기의 움직임 보상 및 모드 결정 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 필드 움직임 보상부는,
    상기 필드 움직임 추정부에서 전송되는 움직임 벡터를 이용하여, 휘도신호와 색도 신호에 대해 각각 순방향 예측 데이터와 역방향 예측 데이터를 생성하도록, 상기 프레임 움직임 보상부와 동일한 방법으로 구성된 것을 특징으로 하는 구성된 것을 특징으로 하는 MPEG-2 영상 부호화기의 움직임 보상 및 모드 결정 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 프레임 모드 결정부는,
    상기 프레임 움직임 보상부내 휘도 신호 반화소 예측부에서 출력되는 휘도신호 순방향 예측 데이터와 역방향 예측 데이터를 평균하여 양방향 예측 데이터를 계산하고, 휘도 신호 순방향/역방향/양방향 예측 방법으로 예측된 매크로 블록 데이터와 현재 입력되는 매크로 블록 데이터와 차이값을 계산하는 양방향 예측 및 오차 계산부와;
    현재 입력 매크로 블록의 모드 결정이 끝날 때까지 휘도 신호 순방향/역방향 예측데이터를 지연시키는 제1 데이터 지연부와;
    현재 입력 매크로 블록의 모드 결정이 끝날 때까지 색도 신호 순방향/역방향 예측 데이터를 지연시키는 제2 데이터 지연부와;
    상기 양방향 예측 및 오차 계산부에서 계산된 예측 오차를 비교하여 현재 매크로 블록의 움직임 보상 모드를 결정하고, 상기 움직임 보상 모드 결정부에서 최종적인 움직임 보상 모드를 결정할 수 있도록 최소 오차를 출력하는 오차 비교 및 모드 결정부와;
    상기 제1 데이터 지연부에서 전송되는 휘도 신호 순방향/역방향 예측 데이터로 양방향 예측을 하고, 상기 오차비교 및 모드 결정부에서 전송되는 예측 모드에 따라 해당 휘도 신호 예측 데이터를 선택하여 출력하는 휘도 데이터 선택부와;
    상기 제2 데이터 지연부에서 전송되는 색도 신호 순방향/역방향 예측 데이터로 양방향 예측을 하고, 상기 오차비교 및 모드 결정부에서 전송되는 예측 모드에 따라 해당 색도 신호 예측 데이터를 선택하여 출력하는 색도 데이터 선택부로 구성된 것을 특징으로 하는 MPEG-2 영상 부호화기의 움직임 보상 및 모드 결정 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 필드 모드 결정부는,
    상기 필드 움직임 보상부내 휘도 신호 반화소 예측부에서 출력되는 휘도신호 순방향 예측 데이터와 역방향 예측 데이터를 평균하여 양방향 예측 데이터를 계산하고, 순방향/역방향/양방향 예측 방법에 의해 각각 예측된 매크로 블록 데이터와 현재 입력되는 매크로 블록의 데이터를 비교하여 가장 예측 오차가 적은 예측 방법을 선택하도록, 상기 프레임 모드 결정부(500)의 구성 방법과 동일하게 구성된 것을 특징으로 하는 MPEG-2 영상 부호화기의 움직임 보상 및 모드 결정 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100732358B1 (ko) * 2002-12-10 2007-06-27 가부시키가이샤 엔티티 도코모 동화상 부호화 방법, 동화상 복호화 방법, 동화상 부호화 프로그램, 동화상 복호화 프로그램, 동화상 부호화 장치 및 동화상 복호화 장치

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