KR20000041143A - 영상데이터의 비트열 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 영상 데이터를 프레임 상에서 여러개의 블록으로 나누고 중요도에 따라 가중치를 달리하여 차별적으로 부호화하는 시스템에서 양자화 계단값을 효율적으로 부여하기 위하여, 프레임 상에서 분리된 각 블록에 대해 각각의 양자화 계단 크기값을 구하는 제1단계와; 상기에서 구한 양자화 계단 크기값을 근거로 각 블록의 발생할 비트량을 구하여 경계블럭이나 물체블럭에 대해서는 허용된 최대 변화폭으로, 배경블록에 대해서는 허용된 최소 변화폭으로 양자화 계단 크기값을 조절하여 부호화 하는 제2단계와; 상기에서 구해진 양자화 계단 크기값을 근거로 부호화할 경우에 얻어지는 발생비트량을 이용하여 다음 블록의 양자화 계단 크기를 구하는 제3단계와; 다음 프레임의 부호화를 위해 이용하는 현재 프레임의 발생 비트량은 실제로 발생한 비트량으로 대체하여 다음 프레임의 양자화 계단크기를 구하는데 이용하도록 하는 제4단계를 통해 처리하도록 한 것이다.

Description

영상데이터의 비트열 제어방법
본 발명은 영상 데이터를 부호화할 때 프레임단위로 여러개의 블록으로 나누고 중요도에 따라 차별적으로 부호화 하는 기술에 관한 것으로, 특히 분할된 각 블록에 가중치를 부여하는 경우 양자화 계단값(step size)을 효율적으로 부여하기 위해 경계블록과 물체블록을 구분하여 양자화 스텝의 크기값을 조절한 후 다음 블록의 양자화 스텝 크기값을 조절하도록한 영상데이터의 비트열 제어방법에 관한 것이다.
현재, H.263, MPEG-4 등의 대부분의 비디오 부호화/복호화 기술의 경우 비트열을 제어하기 위하여 양자화 계단값을 조절하는 방법을 사용하고 있다.
예로써, H.263 버젼-2의 테스트 모델인 TMN-10의 경우, 이전 프레임의 발생 비트량과 이전 프레임의 목적(target) 비트량의 차이와, 현재 프레임의 이전 블록까지의 목적 비트량과 실제 이전 블록까지 발생한 비트량을 계산하여 현재의 프레임 및 블록의 양자화 파라메타(QP: Quantization Parameter)의 값을 결정하는 방식으로 실제의 발생 비트량을 계속 조절해 나간다.
최근들어 부호화 비트의 할당 비율(rate)을 제어하기 위한 여러 가지 방법들이 연구되고 있지만, 기본적으로는 목표 비트율(Target bit rate), 지연시간, 영상의 통계(statistics) 등의 여러 가지 제약조건을 충족시키고 최소 왜곡(Minimum Distortion)을 갖는 양자화 파라메타값을 결정하여 부호화에 이용하는 방법으로 발생하는 비트량을 제어한다.
또한, 대부분의 경우에 있어서, 낮은 비트율에서의 부호화 효율을 향상시키거나, 블록간 품질(Quality)의 급격한 변화를 제한하기 위하여 인접된 블록간의 양자화 파라메타의 변화폭을 제한하게 된다.
비율 제어 방법과 더불어 화상회의, 비디오통신 등의 비디오 부호화 기법에서는 프레임을 인물과 같이 중요한 블록과 덜 중요한 블록으로 나누어, 각기 다른 방법으로 부호화하기 위한 연구들이 진행되고 있다.
도 1은 통상의 부호화 시스템에서 부호화 데이터를 프레임단위로 배경블록(1), 경계블록(2),물체블록(3)으로 분할한 예를 나타낸 것이며, 도 2는 상기와 같은 종래의 비트열 제어방법으로 블록에 따라 가중치를 부여한 예를 나타낸 것이다. 도 3a는 블록에 따른 가중치를 부여하지 않는 경우의 비트량 할당표이고, 도 3b는 종래기술에 의해 블록에 따른 가중치를 부여한 경우의 비트량 할당 예시표이다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 종래기술에 의한 비트열 제어방법의 한 예를 설명하면 다음과 같다.
첫째, 하나의 영상 프레임은 10개의 블록으로 이루어지며, 그 10개의 블록은 6개의 배경블록(1)과 4개의 중요블록 즉, 2개의 경계블록(2)과 2개의 물체블록(2)으로 이루어진다.
둘째, 첫 번째 블록의 양자화 계단값은 이전 프레임의 부호화 결과를 이용하여 10으로 결정되었다.
셋째, 상기 양자화 계단값의 변화폭은 +2와 -2로 제한된다.
넷째, 현재 프레임의 목적 비트량은 100 bits 이며, 가중치를 고려하여 배경블록(1)에 7 bits를 할당하고, 중요블록(2,3)에 13 bits를 할당한다.
다섯째, 양자화 계단값에 따라 선형적인 비트량이 발생한다. 즉, 10 bits를 기준으로 양자화 계단값이 1증가(감소)할때마다 발생 bit량은 1감소(증가)한다.
여섯째, 양자화 계단값은 목적 비트량과 발생비트량의 차를 이용하여 +2와 -2의 범위내에서 변화시켜 조절한다.
이와 같이 비트열을 제어한 결과를 도 3b에 나타내었다. 이 결과표에 나타난 바와 같이, 인접한 블록간에 양자화 계단값의 변화폭을 제한하면 단순히 블록에 가중치를 부여하는 비트할당 방법과 비트열 제어방법으로는 실제 경계블록(2)이나 물체블록(3)에 더 많은 비트량을 할당하는 것이 불가능하다는 것을 알 수 있다.
특히 이러한 현상은 인접 블록간의 양자화 계단크기의 변화폭이 적을수록, 영상의 크기가 작거나 블록이 넓을수록 심하게 나타난다. 예를 들면, 도 3b의 비트열에서 중요블록(2,3)의 양자화 크기값은 각각 16,14, 12,10 이나, 실제 발생비트량은 각각 4,6,8,10으로 가중치를 부여하여 비트를 할당하지 않는 방법에 비하여 실제로 더 많은 비트가 할당되지 않았음을 알 수 있다.
이와 같이 종래기술에 의한 영상데이터의 비트열 제어방법을 이용하는 경우 중요블록에 더 많은 비트량을 할당하는 것이 불가능하고, 그 정도는 인접 블록간의 양자화 계단크기의 변화폭이 적을수록, 영상의 크기가 작거나 블록이 넓을수록 심하게 나타나 결과적으로 양질의 화상을 제공할 수 없게 되는 결함으로 대두되었다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 각 블록에 대한 양자화 계단 크기값을 구한 후 이를 이용하여 각 파라메타를 구하여 경계블록이나 물체블록에 대해서는 최대 변화폭으로, 배경블록에 대해서는 최소 변화폭으로 양자화 계단 크기값을 조절하여 부호화 하고, 이렇게 구해진 양자화 계단 크기값을 이용하여 부호화할 경우에 얻어지는 파라메타를 이용하여 다음 블록의 양자화 계단 크기값을 구하는 비트열 제어방법을 제공함에 있다.
도 1은 영상 프레임의 영역분할 예를 보인 설명도.
도 2는 종래기술에 의한 비트열 제어방법으로 블록별 가중치를 부여한 예시도.
도 3a는 영역에 따른 가중치를 부여하지 않은 경우의 부호화 처리표.
도 3b는 종래기술에 의해 각 가중치를 부여한 경우의 부호화 처리표.
도 4는 본 발명에 의한 영상데이터의 비트열 제어방법의 신호 흐름도.
도 5는 본 발명에 의해 영역에 따른 가중치를 부여한 경우의 부호화 처리표.
도 6은 본 발명에 의한 비트열 제어방법으로 블록별 가중치를 부여한 예시도.
***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***
1 : 배경블록 2 : 경계블록
3 : 물체블록
본 발명의 목적을 달성하기 위한 영상데이터의 비트열 제어방법은, 프레임 상에서 분리된 각 블록에 대해 각각의 양자화 계단 크기값을 구하는 제1단계와; 상기에서 구한 양자화 계단 크기값을 근거로 각 블록의 발생할 비트량을 구하여 경계블럭이나 물체블럭에 대해서는 허용된 최대 변화폭으로, 배경블록에 대해서는 허용된 최소 변화폭으로 양자화 계단 크기값을 조절하여 부호화 하는 제2단계와; 상기에서 구해진 양자화 계단 크기값을 근거로 부호화할 경우에 얻어지는 발생비트량을 이용하여 다음 블록의 양자화 계단 크기를 구하는 제3단계와; 다음 프레임의 부호화를 위해 이용하는 현재 프레임의 발생 비트량은 실제로 발생한 비트량으로 대체하여 다음 프레임의 양자화 계단크기를 구하는데 이용하도록 하는 제4단계로 이루어지는 것으로, 이와 같은 본 발명의 작용을 첨부한 도 1, 도 4 내지 도 6을 참조하고, 하나의 프레임을 부호화 하기 위한 과정을 예로하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 비트열을 조절하기 위해 사용하는 기존의 다양한 방법으로 각 블록(1),(2),(3)의 양자화 계단 크기값을 찾아낸다.
일예로써, 이산 프레임의 부호화시 발생한 비트량 즉, 현재 프레임의 현재 블록까지 QPi_mod를 이용하여 부호화한 경우의 전체 비트량(Bt_mod)을 근거로 하여, 현재 프레임의 첫 번째 블록에 대한 양자화 계단크기값을 찾아낸다.(S1)
이러한 동작을 일반적으로 양자화 파라메타(QP)를 계산한다고 표현하는데 양자화 계단크기와 QP와의 관계는 다음과 같다.
양자화 계단 크기값 = 2 × QP
또한, QP를 계산하기 위해 여러 가지 다양한 파라메타들과 알고리듬들이 사용될 수 있으나 여기서는 이전 프레임에서 발생한 비트량을 그 중 하나의 파라메타로 사용한다고 가정한다.
이렇게 구해진 양자화 계단 크기값을 이용하여 부호화할 경우의 결과를 얻는다. 즉, i번째 블록의 양자화 파라메타(QPi)를 이용하여 부호화 할 경우의 결과 발생비트량(Bi)을 계산한다.(S6)
이후, 경계블록(2)이나 물체블록(3)에 대해서는 최대(+max) 변화폭, 배경블록에 대해서는 최소(-min) 변화폭으로 양자화 계단크기값을 조절한 후 실제 부호화하고 결과를 얻는다.
즉, 이미 구해진 양자화 파라메타(QPi)와 현재 블록의 블록정보(중요블록, 물체블록,경계블록)를 이용하여 변경된 양자화 파라메타(QPi_mod)의 값을 구한다.(S2-S4)
여기서, QPi_mod는 i번째 블록의 영역을 고려하여 수정된 양자화 파라메타를 의미한다.
QPi_mod= QPi-Di단, 물체블록(3), 경계블록(2)
= QPi-Di단, 배경블록(1)
여기에서는 프레임을 물체블록(3) 및 경계블록(2), 배경블록(1)의 2단계로 분리하였으나, 2단계 이상 분리시에는 Di의 값을 적절히 조절함으로써 각 블록의 가중치 정도를 조절할 수 있다. 일반적으로 2단계의 경우에는 Di= max(QP의 최대변화폭)이 된다. 여기서, Di는 영역을 고려한 양자화 파라메타의 변화폭(-max 변화폭 ≤ Di≤ +max 변화폭)을 의미한다.
이미 구해진 양자화 계단크기값을 이용하여 부호화할 경우에 얻어진 파라메타를 이용하여 다음 블록의 양자화 계단크기를 얻는다. 즉, 상기 QPi_mod를 이용하여 i번째 블록을 부호화한 경우의 발생비트량(Bi_mod)을 계산한다.(S5)
다음 프레임의 부호화를 위해 이용하는 현재 프레임의 발생 비트량은 실제로 발생한 비트량으로 대체하여 다음 프레임의 양자화 계단크기를 구하는데 이용한다.
즉, i+1번째 블록의 부호화를 위하여 QPi+1을 구하게 되는데, 이때, 사용하는 현재까지의 발생비트량은 실제 부호화시 발생한 비트량(Bt_mod)을 이용하는 것이 아니라, 현재 프레임의 현재 블록까지 QPi를 이용하여 부호화한 경우의 전체 비트량(Bt)을 이용한다(S9). 따라서, i+1번째 QPi+1의 값은 발생비트량을 파라메타로 하는 어떤 비트열 조절 방법을 사용하더라도 가중치 부호화와는 독립적으로 계산하는 것이 가능하게 된다.
상기 제9단계(S9)에서의 방법으로 부호화를 진행하면 한 프레임을 부호화한 뒤의 실제 발생비트량과 계산상의 비트량의 차이가 발생하는데, 다음 프레임에서의 첫 번째 블록의 양자화 계단크기를 구하기 위하여 실제 발생한 비트량을 사용함으로써 그 차이가 보상된다.
상기와 같은 과정을 통해 입력 데이터를 부호화 처리한 결과의 일예를 도 5에 나타내었으며, 도 6은 그때 각 블록의 양자화 계단 크기값을 예시적으로 나타낸 것이다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 각 블록에 대한 양자화 계단 크기값을 구한 후 이를 이용하여 각 파라메타를 구하여 경계블럭이나 물체블럭인 경우 최대 변화폭으로, 배경블록의 경우에는 최소 변화폭으로 양자화 계단 크기값을 조절하여 부호화 하고, 이렇게 구해진 구해진 양자화 계단 크기값을 이용하여 부호화할 경우에 얻어지는 파라메타를 이용하여 다음 블록의 양자화 계단 크기를 구함으로써, 화상회의용과 같은 영상시스템에 적용하여 최적의 화질을 제공할 수 있게 되는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 프레임 상에서 분리된 각 블록에 대해 각각의 양자화 계단 크기값을 구하는 제1단계와; 상기에서 구한 양자화 계단 크기값을 근거로 각 블록의 발생할 비트량을 구하여 경계블럭이나 물체블럭에 대해서는 허용된 최대 변화폭으로, 배경블록에 대해서는 허용된 최소 변화폭으로 양자화 계단 크기값을 조절하여 부호화 하는 제2단계와; 상기에서 구해진 양자화 계단 크기값을 근거로 부호화할 경우에 얻어지는 발생비트량을 이용하여 다음 블록의 양자화 계단 크기를 구하는 제3단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 영상데이터의 비트열 제어방법.
  2. 제1항에 있어서, 다음 프레임의 부호화를 위해 이용하는 현재 프레임의 발생 비트량을 실제로 발생한 비트량으로 대체하여 다음 프레임의 양자화 계단크기를 구하는데 이용하도록 하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 영상데이터의 비트열 제어방법.
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