KR20000076641A - 이종 통신망에서의 디지탈 압축된 영상 데이터의 제어 및적합한 전송을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

이종 통신망에서의 디지탈 압축된 영상 데이터의 제어 및적합한 전송을 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 방법 및 장치는 이종 통신망에서 수신 지점에서의 서로 다른 대역폭 및 오류 회복 요구에 적합한 디지탈 압축된 비디오 비트 스트림을 자동적으로 조절한다. 본 발명의 방법 및 장치는 적합한 코딩 문법 파라미터들을 결정하기 위한 비트 스트림 헤더 정보의 분석을 제공한다. 따라서, 망 상에서의 수신 지점으로부터의 귀환 신호는 중간 비트 스트림에 대한 오류 극복 요구조건을 인지하는 데에 사용된다. 또한, 비트 스트림은 망 상에서 오류 예측을 얻기 위하여 오류 극복 조절장치에 의해서 조절된다. 망의 비트 레이트 요구는 비트 스트림으로부터의 적절한 또는 부적절한 비트들의 선택을 수행한다. 본 발명의 방법 및 장치는 부적절하고 낮은 우선순위의 비디오 비트들의 인식과; 비디오 질을 유지하면서 비트 레이트를 감소하기 위한 패킷 손실의 의도적인 도입과; 디코더의 광 영역에 의해서 적합한 디코딩을 위하여 비트 스트림의 부적절하고 낮은 우선순위의 요소들을 위한 대체 태그의 사용과; 재 동기화 태그의 삽입 및 오류 회복률의 향상을 위한 예측적으로 코드화된 비디오 패킷 비트들의 변환을 포함한다.

Description

이종 통신망에서의 디지탈 압축된 영상 데이터의 제어 및 적합한 전송을 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR CONTROL AND COMPATIBLE DELIVERY OF DIGITALLY COMPRESSED VISUAL DATA IN A HETEROGENEOUS COMMUNICATION NETWORK}
본 발명은 디지탈 신호로 압축된 영상 데이터의 전송을 자동적으로 처리하는 것에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 이종의 통신 망에서 디지탈 신호로 압축된 비디오 비트 스트림의 비트 레이트 및 오류 극복률을 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
새로운 통신 시스템의 발달에 따라, 음성 서비스와 동일하게 효율적으로 디지탈 영상 정보 및 데이터를 전송하는 것이 가능하게 되었다. 이러한 통신 시스템은 유선 및 무선 망으로 구성된다. 유선 망에 관해서는, 패킷 및 회로 교환 망 시스템들이 광역 또는 지역에 대해서 개인용 또는 공용의 영역 내에서 발전해 오고 있다. 패킷을 기반한 통신의 부분에 있어서, 충분히 많은 양의 데이터들이 사내 인프라 구조와 같은 LAN (Local Area Network) 및 공용 인터넷 망과 같은 WAN (Wide Area Network) 내에서 교환이 가능하다. 서비스 질 (Quality of Service : QoS)의 보증을 위한 서비스는 영상 및 멀티미디어 통신를 제공하는 이러한 영역에서 나타난다.
새로운 무선 시스템이 기존의 방법에서 가능한 것 보다 더 높은 비트 레이트를 갖는 정보의 전송을 제공하기 위하여 개발되고 있다. 이러한 무선 시스템은 국제간에 정해진 셀룰라 통신 표준에 적합하고, 시 분할 다중 접근 (Time Division Multiple Access : TDMA) 및 코드 분할 다중 접근 (Code Division Multiple Access : CDMA) 등을 사용한 디지탈 통신 표준으로 구성된다. 광역적으로 배치된 TDMA 통신의 일 예로서 이동 통신을 위한 광역 시스템 (Global System for Mobile : GSM)을 들 수 있다. CDMA는 3 세대 셀룰라 통신 표준인 IMT-2000을 기반으로 구성된다.
유선 및 무선을 포함하는 이러한 통신 시스템의 대부분은 각 시스템의 인프라 구조 내에 연결된 사용자 및 인프라 구조 외에서의 사용되는 장비들 간에 많은 양의 정보를 교환하는 것을 허용하기 위해서 설계되고 있다. 예를 들면, IMT-2000 프로토콜은 무선 터미날에서 패킷 교환 유선 시스템 내에 있는 터미날로의 데이터전송을 제공할 수 있다. 더욱이, 이러한 통신 시스템 내에서, 터미날, 또는 사용자 서버로 작용하면서 서로 다른 시스템 내의 위치에 따른 다른 비트 레이트로서 다른 터미날로의 연결을 허용할 수 있다. 이러한 것은 이종의 통신 망 (Heterogheneous Communication Networks)의 개념을 이끌고, 이러한 통신 망은 동일한 정보를 전송하는 데에 있어서 여러가지의 또는 서로 다른 연결 망으로 구성된다.
이종의 통신 망내에서 영상 정보를 전송할 경우에 문제가 발생한다. 발생되는 첫 번째 문제는 영상 정보, 특히 디지탈 신호로 압축된 비디오 신호들은 동일한 시간 간격으로 압축된 음성 신호보다도 실제적으로 더욱 큰 대역폭이 요구된다. 서로 다른 공칭의 전송 비트 레이트를 갖도록 설계된 시스템 간의 영상 정보의 전송은 이러한 부적절한 비트 레이트의 지연 시간으로 인하여 약간의 어려움을 내포하고 있다. 또한, 이종의 통신 망 내의 서로 다른 통신 시스템의 다양한 오류 특성은 영상 공간 내에서 오류를 마스크하는 데에 상당히 어렵기 때문에 영상 정보의 전송에 대해서 문제점을 내포하고 있다.
이러한 문제점들은 단독으로 서로 다른 시스템을 통하여 영상 정보를 전송하는 것을 어렵게 만들지는 않는다. 이종의 통신 망내에서 영상 정보의 전송을 개발하기 위하여 설계된 서비스들은 필수적으로 디지탈 신호로 압축된 비디오의 형태에의존되어야 한다. 따라서, 새로운 방법을 창출하는 것뿐만 아니라, 현존하는 내용이 이러한 서비스의 개발 및 성공을 위하여 우선적으로 촛점으로 맞추어야 한다. 일 방향 영상 응용에 있어서, 무선 통신망 내의 이동 가입자 또는 유선 망에 서로 다른 레이트로 연결된 사용자들에게 제공되어지는 상당히 많은 양의 디지탈 신호 압축 방법이 이미 준비되어 있다. 현존되는, 또는 "고전"적인 비디오 매체는 유산적인 내용이 또한 ITU-T H.261 및 적은 양이기는 하나 H.263 표준의 형태로 존재한다 할지라도 ISO MPEG-1 및 MPEG-2 표준을 사용하여 기본적으로 엔코드된다. 이러한 매체는 새로운 멀티미디어 서비스에 대해서 고 부가가치를 제공할 수 있으며, 또한 동시에 ISO MPEG-4와 같은 새로운 영상 코딩 표준의 적용 및 사용을 유도할 수 있다.
낮은 대역폭의 유선 및 무선 망을 통한 고전적인 데이터의 전송에서 갖는 일 문제는 원래의 암호화된 대역폭이 데이터의 전송에 있어서 최대 지연 제한이 존재한다는 가정하에서 실제적으로 망의 용량을 초과한다는 것이다. 예를 들면, 몇몇의 무선 이동 시스템은 엠펙1(MPEG-1) 복호화를 제공하는 멀티미디어 터미날을 갖을 수도 있으나, 이동 터미날에 허용된 멀티미디어에 대한 채널 레이트는 64Kbps 만큼 작을 수도 있다. 이러한 경우에 있어서는, 1.5Mbps로 암호화된 엠펙1(MPEG-1) 매체는 재생이 시작하기 전에 실제적으로 버퍼링 지연 시간이 요구된다. 대부분의 시퀀스가 처음에 다운로드되지 않는 한, 디코더 버퍼가 채워지는 시간보다 더 빨리 비워지기 때문에 스톨링이 발생되어야 한다. 또한, 이동 터미날에서는 긴 시퀀스를 버퍼링하기 위하여 바람직하지 않게 충분한 메모리가 제공될 수 있어야 한다. 따라서, 망 내에서 낮은 대역폭 전송에서 적절한 높은 비트 레이트를 갖는 데이터의 형태를 낮은 비트 레이트를 갖는 데이터로 조절하여야 하는 요구 조건이 발생한다.
영상 정보의 전송 및 교환의 능력을 갖는 새로운 방식의 유선 및 무선 통신 시스템의 도래의 결과에 따라서, 이러한 망을 통하여 영상 정보를 전송하는 것을 다루기 위하여 설계된 방법 및 장치의 중요한 필요성이 존재하는 것이다. 특히, 이종의 망 내에서 임의의 노드의 사용자에게 적합한 형태를 제공할 수 있도록 기존의 디지탈 비디오 비트 스트림의 비트 레이트 및 오류 극복률을 자동적으로 처리하는 기술이 요구되고 있다.
따라서, 본 발명은 최종적인 비트 스트림이 이종의 통신 망 내에서의 수신 지점에서 서로 다른 대역폭 및 오류 회복 요구에 적합할 수 있도록 자동적으로 망 내에서의 발신 지점에서 디지탈 신호로 압축된 비디오 비트 스트림을 변환하기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 새로운 방법은 코딩 파라미터들을 분석하기 위한 원래의 비트 스트림의 헤더 정보를 분석하는 것으로 구성된다. 망 내에서의 수신 지점으로부터의 귀환 정보가 망의 오류 특성을 결정하는 데에 사용되어진다. 대역폭 및 오류 회복 요구가 원래의 비트 스트림으로부터 적절한 비트 및 적절하지 않은 비트의 우선권 및 선택권을 확립하며, 여기서 적절한 비트들은 망 내에서의 오류 보호를 얻기 위한 적절한 조절 장치에 의해서 조절된다. 본 발명의 기본적인 방법의 요소는 적절하지 않고 낮은 우선 순위의 비디오 비트를 확인하는 방법과; 비트 레이트를 감소하기 위한 패킷 손실의 계획적인 도입과; 비트 스트림의 부적절하고 낮은 우선 순위의 요소에 대한 대체 태그들의 사용과; 오류 회복률을 향상시키기 위한 재 동기화 태그의 삽입을 포함한다.
그림 1은 본 발명의 실시 예에 따른 입력비트 스트림 및 수신 터미널에서 적합한 출력 비트 스트림를 제어하는 비트 스트림 조절 시스템의 블록 다이아그램.
그림 2는 본 발명에 따른 수신 터미널에서 적합한 비트 스트림을 생성하기 위한 측정가능한 정보로 엔코드된 비트 스트림을 조절하는 방법의 실시 예의 일반적인 플로우 다이아그램.
그림 3a, 3b 및 3c는 비트 스트림 내의 재 동기화 태그의 삽입 및 로보스트 디코딩을 지원하기 위한 비디오 패킷내의 다르게 엔코드된 요소들의 변환 예를 설명한 도면.
그림 4a 및 4b는 수신 터미널에서 적합한 디코드 질을 제공하기 위해서 비트 레이트를 조절한 후 비트 스트림 내에 대체 태그를 삽입하는 예를 설명한 도면.
그림 5는 본 발명에 따른 수신 터미널에서 적합한 비트 스트림을 생성하기 위해서 엔코드된 비디오 데이터의 비트 스트림내의 비트들을 처리하는 장치의 실시 예의 블록 다이아그램.
본 발명의 상세한 설명을 첨부한 도면에 따라서 설명하면 다음과 같다.
도 1은 여기에서 기술하는 방법으로 운용되는 제어 시스템을 정의한 영상 비트 스트림의 조절 방법의 블록 다이아그램(100)을 도시한 것이다. 입력 비트 스트림(101)은 비트 스트림을 생성하는 데에 사용되는 표준 형에 관한 정보를 추출하는 헤더 분석 스테이지(103)로 입력된다. 이 후 상기의 정보는 표준 형 인식 스테이지 (105)로 입력되며, 상기의 표준 형 인식 스테이지(105)은 수신 터미날 능력(109)을 표현하는 입력 파라미터를 받아들이기 위하여 연결된 주 비트 스트림 제어 스테이지(107)의 제어 파라미터의 할당을 수행한다. 상기의 단계들은 송신자로부터 수신 터미날까지의 비트 스트림의 적절한 조절 및 적합한 전송을 위한 시스템을 구축하기 위해서 설계되어진다. 특히, 수신 터미날의 능력에 대한 정보로 구성된 비트 스트림을 부호화하기 위하여 사용되는 원래의 영상 코딩 표준의 인식은 적합한 통신이 가능하기 전에 비트 스트림이 조절되어야 하는 범위를 결정한다.
주 비트 스트림 제어 단계에서의 출력은 로부스트 조절 스테이지(111)에 연결되어 진다. 이 스테이지에서는, 비트 레이트가 조절된 비트 스트림이 송신 및 수신 터미날에 연결된 채널의 오류 특성에 적합한 비트 스트림을 제공하기 위하여 수정되어 진다. 이러한 로부스트 조절은 상기 105 단계에서 인식된 원래의 비트 스트림의 표준형에 의존된다. 조절은 오류가 로부스트 디코더에 의해서 검출, 국소화 및 삭제되는 방법에 의해서 영상 정보의 코드화된 프레임내의 비트의 패킷화를 통하여 수행되어진다. 재 동기화 태그(113)의 사용은 부 프레임의 재 동기화를 제공하는 표준화에 적합한 영상 비트 스트림에 대하여 적용되어진다. 로부스트 조절 단계는 독립적인 복호화가 삽입된 재 동기화 태그에 의해서 범위가 정해진 각각의 비트의 세그먼트에 대해서 가능할 수 있도록 비트 스트림을 조절한다. 예측적으로 암호화된 정보의 경우에 있어서는, 이러한 정보는 동일한 세그먼트내에서 단지 예측기를 활용하는 동일한 정보로 대체되어 진다. 상기의 단계는 비디오 패킷 변환 (115)에 따라서 참조되어 진다. 예를 들면, 상기의 것은 동일한 세그먼트에서의 정보로부터 연산된 모션 벡터 차이를 갖는 재 동기화 세그먼트를 통하여 연산된 모션 벡터 차이에 대한 코드워드의 대체에 적용되어 진다.
비디오 패킷 변환 단계의 출력은 비트 레이트 조절 스테이지(119)로 연결되고, 상기 비트 레이트 조절 스테이지는 의도적인 패킷 손실 정보(117)을 수신하는 데에 연결되며, 부가적으로 비트 스트림의 비트 레이트를 감소하기 위하여 부적절한 비트(121)을 제거한다. 비트 레이트 조절의 목적은 전송된 스트림이 수신 터미날 및 전송 채널의 능력에 적합하도록 입력 비트 스트림의 비트 레이트를 조정하는 데에 있다. 이것은 입력 비트 스트림의 연산 및 제거를 통하여 수행된다. 본 발명의 방법은 비트 스트림의 명백한 디코딩 및 재 엔코딩, 또한 트랜스코딩으로 알려진 것에 대한 메카니즘을 제공하지 않고, 비트 스트림의 압축된 영역내에서 코드워드의 변환만을 제공할 뿐이다. 비트 레이트 조절은 출력 스트림이 전송 비트 레이트에 적합하도록 하기위하여 선택적으로 입력 비트 스트림으로부터의 정보를 제거한다. 의도적인 패킷 손실(117)은 원래의 입력 비트 스트림의 가장 낮은 기준 레이어 비트 레이트 이하로 비트 레이트를 감소하기 위한 메카니즘을 제공한다. 기준 레이어라는 용어는 측정 가능한 비트 스트림의 독립적으로 복호화 가능한 레이어의 가장 낮은 우선 순위를 표현하는 데에 사용된다. 선택된 비트의 패킷이 제거되는 경우에, 절두된 비트 스트림은 수신 터미날에서 로부스트 디코더에 의해서 실제적인 질의 저하없이 여전히 효과적으로 복호화될 수 있다.
비트 스트림내에 삽입된 대체 태그(123)의 사용은 디코더가 공칭의 적절한 표준 디코더의 용량 이상의 부가적인 용량없이 비트 레이트가 조절된 비트 스트림을 아무런 문제없이 복호화하는 것을 허용한다. 예로서, 엠펙2(MPEG-2)와 같은 표준형은 초당 30 프레임과 같은 미리 규격이 정해진 암호화된 프레임 레이트를 요구하나, 여기서 프레임은 비트 레이트 조절기에 의해서 떨어지게 된다. 이 경우에 있어서, 대체 태그는 빈 프레임을 표현하는 미리 결정된 이진 코드워드이며, 이는 비트 스트림내에서 암호화된 프레임의 시간 관계를 유지한다.
마지막으로, 처리된 입력 비트 스트림은 이종 망으로 전송되고, 결과적으로 수신 터미날로 전송된다. 상기에 기술한 본 발명의 방법(100)은 다양한 송신지로부터 서로 다른 대역폭 및 오류 회복 능력을 갖는 수신 터미날까지 표준화된 디지탈 압축된 영상 정보를 전송하는 문제점에 대한 해결 방법을 제공한다. 전체적인 방법은 각각의 규정된 규격 요소에 적합한 현존하는 영상 코드 표준의 모든 경우 및 표준에 적합한 비트 스트림을 생성하기 위한 다소의 목적을 위하여 본 발명의 방법의 각 단계의 활용되는 모든 경우를 지원한다.
도 2는 INTRA (I), PREDICTED (P) 및 BI_DIRECTIONALLY PREDICTED (B) 프레임 등과 같은 우선 순위가 결정된 프레임 형 및 / 또는 시간적인, 공간적인 및 SNR 확장성 프레임을 호함하는 확장 가능한 프레임으로 복호화된 비트 스트림을 조절하기 위한 방법의 일 실시예의 일반화된 플로우 다이아그램(200)을 도시한 것이다. I, P 및 B 프레임을 갖는 비트 스트림에 대한 임의적인 국제 표준의 예는 엠펙1(MPEG-1), 엠펙2(MPEG-2), 엠펙4(MPEG-4) 및 H.263 v2를 포함한다. 모든 경우에 있어서, 실시 예(200)는 이종 망을 통하여 전송하기 전에 비트 스트림의 비트 레이트 및 오류 극복을 조절하기 위하여 다중 프레임 형태를 갖는 표준화된 비트 스트림을 조절하기 위한 방법으로서 정의된다.
본 발명의 실시 예는 두 개의 레이어, 즉 기준 레이어(209) 및 일시적인 스케일 가능한 향상된 레이어(211)를 갖는 입력 엠펙4(MPEG-4) 비트 스트림(201)에 관한 플로우 다이아그램(200)에 보여진다. 일시적인 확장성의 스케일 가능한 레이어는 엠펙4(MPEG-4) 표준에 의해서 지원되는 문법적인 요소이며, 기준 레이어의 비디오 프레임을 일시적으로 인터리브한 비디오의 다중 프레임으로 구성된다. 디코더는 디코드된 기준 레이어의 공칭적인 질에 영향을 받지 않고 일시적인 스케일 가능한 레이어의 프레임 전부, 일부분을 디코드할 수 있으며, 또는 하나도 디코드할 수 없다. 이것은 스케일 가능한 레이어는 엠펙4(MPEG-4)의 문법에서 동일한 또는 아래의 스케일 가능한 레이어에서 임의의 정보의 예측에 대해 사용되지 않는 사실에 기인한다.
입력 스트림(201)은 표준 헤더 코드(204)의 미리 결정된 리스트의 입력을 갖으면서 203에서 보여준 것처럼 분석되어진다. 분석은 비트 스트림을 압축하는 데에 사용되는 표준 및 문법을 결정하기 위하여 입력 비트 스트림 내의 적절한 리딩 비트를 갖고서 철저하게 표준 헤더 코드의 리스트를 분석한다. 다음으로, 비트 스트림은 두 개의 독립적인 비트 스트림, 즉 기준 레이어(209) 및 일시적인 스케일 가능한 레이어(211)을 제공하기 위하여 디멀티플렉스(207)된다. 기준 및 향상된 레이어의 관계 및 형태를 정의하는 파라미터들은 입력 비트 스트림(205)로부터 추출되며, 본 실시 예의 주 비트 스트림 제어 스테이지(213)으로 전달된다. 독립적인 비트 스트림(209, 211)들은 주 비트 스트림 제어 스테이지에 의해서 공동으로 처리되어 진다. 또한, 주 비트 스트림 제어 스테이지는 215에서 "Recv. Caps"로 인식되는 수신 터미날의 용량으로 표현되는 망(215)으로부터 제어 신호를 수신하는 데에 적합하다. 특히, 이러한 제어 신호들은 망을 통하여 전송되어지는 적합한 대역폭 및 망 상에서의 수신자 터미날의 위치를 표시한다. 이러한 위치 정보는 수신 터미날의 채널 상태를 표현하며, 망의 유선 또는 무선 브랜치를 통하여 연결되어는지의 여부를 나타낸다.
주 비트 스트림 제어(213)은 로부스트 조절 스테이지(217)로 비트 스트림을 전달한다. 입력 데이터의 오류 회복은 오류의 효과가 수신 터미날에서 디코더내에서 경감하도록 조절되어 진다. 도 2의 플로우 다이아그램(200)에 의해서 표현된 실시 예에서, 이것은 재 동기화 마커(219)가 로부스트 디코더내에서 오류의 국소화를 허용하는 엠펙4(MPEG-4)의 문법 요소인 기준 레이어 비트 스트림(209)로 삽입됨으로서 수행되어진다. 이러한 마커의 삽입에 따라서, 예측적으로 코드화된 정보가 재 동기화 마커의 다른 부분에 의해서 제거된 세그먼트내에 포함되는 비트로 표현되는 공간적인 영역인 독립적인 비디오 패킷으로부터의 값을 요구하지 않도록 비트 스트림내의 코드워드를 조절하는 것이 필요하다. 이것은 아래에 상세하게 설명된 것처럼 서로 다르게 부호화된 코드(221)의 변환에 의해서 조절하게 된다.
도 3a, 3b 및 3c는 비트 스트림내로 재 동기화 태그의 삽입 및 로부스트 디코딩을 제공하기 위한 비디오 패킷 내의 서로 다르게 부호화된 요소들의 변환 예를 도식적으로 제공한 것이다. 도 3a에서, 301로 표기한 것은 부 프레임 동기화를 갖지 않는 비디오 프레임의 문법 요소의 가장 높은 레벨의 원래의 비디오 프레임 비트 스트림을 도시한 것이다. 이러한 비트 스트림은 모든 정보가 비트 스트림의 코드화된 마크로 블록 데이터 부분내에서 예측적으로 코드화되기 때문에 채널 오류가 존재하는 경우에 빈약한 오류 회복을 갖고 있다. 오류가 발생될 때, 다음의 유일한 비디오 프레임 헤더를 만날 때까지 복호화를 계속하는 것이 불가능하다. 이러한 빈약한 오류의 국소화는, 도 3b에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의해서 교정되어 지며, 이것을 303으로 도시된다. 도해 303에 있어서, 비디오 패킷 재 동기화를 갖는 비트 스트림이 보여진다. 이러한 비트 스트림에 있어서, 삽입된 재 동기화 태그는 디코더가 비트 스트림의 더욱 작은 부분에서 오류를 국소화하는 것을 허용하며, 결과적으로 오류 성향이 있는 이종의 통신 망내의 수신 터미날에서 더 높은 질의 레벨을 생성할 수 있다. 예측적으로 코드화된 코드워드들을 새롭게 형성된 비디오 패킷내에서 변환하는 방법이 가장 일반적인 예측적으로 코드화된 문법 요소, 즉 모션 벡터에 관해서 도 3c의 305에 설명되어 있다. 도 3c에 자세하게 도시한 바와 같이, 마크로 블록 X에서의 모션 벡터 코드워드는 X에서의 모션 벡터와 마크로 블록 위치 A, B 및 C 근처에서의 모션 벡터 함수의 차이로서 연산되어 진다. 도 3b에 도시한 바와 같이, 재 동기화 태그가 삽입될 경우, 예측된 코드에 대한 새로운 비디오 패킷 영역이 발생된다. 이러한 영역이 임의의 부근의 비디오 패킷이 오류로 인하여 변조되는 이벤트내에서 현재의 비디오 패킷의 변조를 방지한다. 따라서, 모션 벡터 차(MVD)로 명명된 모션 벡터 코드워드는 동일한 비디오 패킷네에서 가장 가까운 마크로 블록에 존재하는 것에 대해서만 연산되어진다. 이것은 도 3c에 도시한 바와 같이, MVX-f(MVA, MVB, MVC) 대신에 MVX-f(MVC)로 표기되며, 여기서, f(a)는 적절한 비디오 표준의 문법에 의해서 정의된 함수이며, 항상 메디안 연산자로서 정의되어진다. 예측된 코드의 국소화 방법은 적절한 표준에서 예측된 코딩으로 사용되는 현재의 코드워드를 파악하고 인식하는 것과; 국소화된 예측된 코드워드에 대한 작절한 심볼들로 변환하는 것을 포함한다. 엠펙4(MPEG-4)에 관해서, 도 3c의 305에 도시한 바와 같이, 모션 벡터 차 코드워드의 단순한 변환에 적용되며, 동일한 방법에서 양자화 파라미터 및 DCT 계수 값을 포함하는 예측적으로 코드화된 텍스처 데이터에 적용된다.
로부스트 조절 스테이지(217) 후에, 향상된 비트 스트림 데이터 및 단계 219 및 221에 의해서 수정되지 않은 비트 스트림의 요소들이 비트 레이트 조절 스테이지(223)으로 전송된다. 두 가지의 기법이 입력 비트 스트림의 비트 레이트보다 더 낮은 원하는 비트 레이트를 얻는 데에 사용된다. 비트 레이트를 감소하는 첫 번째 방법은 비트 스트림내에서 낮은 우선 순위의 프레임에 관련된 비트들을 무시하는 방법이다. 시간적으로 스케일 가능한 프레임에 관련된 비트들은 가장 낮은 우선 순위의 비트로 표현되며, 이러한 비트들이 227에 보인 바와 같이 제일 먼저 입력 비트 스트림로부터 제거된다. 기준 레이어 비트 스트림은 전형적인 디코더의 성능에 직접적으로 영향을 주지 않고 얻을 수 있는 가장 낮은 비트 레이트의 비트 스트림으로 표현된다. 따라서, 의도적인 패킷 손실들은 비트 레이트 조절 스테이지(223)에 연결된 패킷 손실 지시 플래그(225)를 통하여 유입되어 진다. 이러한 패킷 손실 지시 플래그(225)은 비트 레이트가 감소된 출력 비트 스트림을 생성하는 기준 레이어 비트 스트림으로부터 삭제된 비트(229)에 사용되어 진다.
의도적인 패킷 손실의 유입은 본 실시 예의 새로운 키 요소로 표현된다. 기준 레이어 비트 스트림로 패킷 손실의 의도적으로 유입된다는 특별한 수단은 미리 결정된 드롭 설계를 사용한다. 의도적으로 드롭한 패킷에 대한 미리 결정된 계획은 원하는 비트 레이트 감소를 얻을 때까지 균일한 공간에서 엠펙4(MPEG-4)에서의 비디오 패킷으로 알려진 각각의 비디오 프레임의 불연속적인 논리적으로 재 동기화된 세그먼트에 관련된 비트들을 제거하는 것이다. 패킷이 프레임으로부터 드롭될 때, 다음 프레임내에서 동일한 공간적인 영역을 오버랩하지 않은 패킷이 드롭된다. 이것은 화상의 임의의 단일 영역의 심각한 감손을 방지한다. 이것은 각각의 드롭된 패킷내에서 마크로 블록 숫자에 관련된 이전의 정보를 유지함으로서 수행되어 진다. 마지막으로 드롭된 패킷의 마크로 블록을 오버랩핑하는 마크로 블록의 숫자로 시작하는 패킷은 드롭되지 않는다. 다음 프레임내에 제일 처음으로 연속적으로 오버랩핑되지 않은 패킷이 본 발명에 따라서 드롭의 첫 번째 후보가 된다. 패킷 손실의 유입에서 통계학적인 정보의 사용은 전체적인 비디오 질의 감손없이 비트 레이트를 감소하는 데 필수적인 요소이다.
"데이터 분할"이 입력 비트 스트림의 비디오 패킷내에서 사용되어 질 때, 본 실시 예에서는, 비디오 패킷의 텍스처 코딩 요소만이 드롭된다. 데이터 분할이 입력 비트 스트림의 비디오 패킷 내에서 사용되지 않을 때, 본 실시 예에서는, 비디오 패킷의 모션 및 텍스처 요소가 결합하여 드롭된다. 부 프레임 재 동기화 마커가 원래의 비트 스트림내에서 사용되지 않을 때, 또는 로부스트 조절 스테이지에 의해서 삽입되지 않을 때, 본 방법에서는, 비디오의 전체적인 프레임들이 드롭된다. 전체 프레임을 드롭할 때, B 프레임이 가장 낮은 우선 순위가 되고 제일 먼저 드롭되며, 다음으로 P 프레임이, 이어서 I 프레임이 드롭된다. 이전의 I 프레임으로부터 시간적으로 가장 멀리 떨어진 P 프레임들은 다른 P 프레임들보다 먼저 드롭된다. 이것은 재 동기화된 영상에 대한 비트 스트림 내에서 나타나는 새로운 I 프레임의 가능성이 마지막으로 코드화된 I 프레임으로부터 시간적으로 증가한다. 본 발명의 이러한 스테이지의 사용은 수신 터미날(239)에서 로부스트 디코더의 존재에 의해서 향상되어 진다. 본 발명의 바람직한 구현에 대하여 요구하지 않는다 할 지라도, 그러한 터미날은 비디오 패킷으로부터 드롭된 비트들에 의해서 유입된 오류들을 숨기게 될 것이다.
수신 터미날 능력이 비디오 디코더가 로부스트 디코더가 아니라는 것을 표시하게 되면, 수신 터미날에서 정확한 복호화를 유도하기 위해서 비트 스트림내에 대체 정보를 삽입하는 것이 필요하다. 대체 코드워드 비트(231)의 유입이 본 방법의 다음 단계에서 이러한 일을 수행한다. 플로우 다이아그램(200)에 보인 바와 같이, 본 실시 예에 있어서, 재 동기화 패킷들이 단계 223에서 드롭된다. 도 4a 및 도 4b는 본 실시 예에 따른 드롭된 엠펙4(MPEG-4) 비디오 패킷 정보의 두 가지 과정에 대해서 대체 정보의 삽입을 표현한다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 첫 번째 예(401)를 들면, 비디오 패킷의 텍스처 코딩 부분에 관련된 비트들은 도 2의 비트 레이트 조절기(207)에 의해서 드롭된다. 첫 번째 예의 401a 부분은 비디오 패킷 비트 스트림으로 분할된 원래의 데이터를 표현하고, 401b 부분은 대체 태그를 갖는 비디오 패킷 비트 스트림을 표현한다. 유일한 모션 마커에 의해서 제거되어 드롭된 비트들은 공간적인 예측 오류 코드워드(CBPY, DQ, DCT)와 관련되어 있으며, 이러한 코드워드들은 모션 보정이 적용된 후에 비디오 프레임의 공간 부분에 적용되는 값으로 복호화된 것이다. 이러한 정보는 엠펙4(MPEG-4) 비디오 패킷의 가장 낮은 우선순위의 요소이다. 본 예제가 엠펙4(MPEG-4)의 문법에 대해서 자세하게 상술되어 있으나, 동일한 개념을 엠펙2(MPEG-2) 표준의 비디오 문법에 적용된다. 예 401에 있어서, 대체 비트들이 0으로 수치화된 예측 오류 계수 (CBPY', DQ', DCT')에 대한 코드 워드의 형태로 비트 스트림내에 삽입되어 진다. 이러한 코드 워드들은 드롭된 비트에 의해 소비된 비트 레이트에 관해서 극히 무시할 정도의 비트 레이트만을 요구한다. 동일한 개념의 더욱 극단적인 경우가 도 4b에 도시된 바와 같이 예 403에 설명되어 있으며, 이 예에서는 데이터 분할이 입력 비트 스트림내에 존재하지 않는다. 도 4b의 403a 부분은 원래 결합된 모션 텍스처 비디오 패킷을 나타내며, 403b 부분은 대체 태그를 갖는 비디오 패킷 비트 스트림을 나타낸다. 이 경우에 있어서, 비디오 패킷의 페이로드에 관련된 모든 비트들은 드롭되어 진다. 비디오 패킷 헤더는 유지되고, 비디오 패킷에 대한 마크로 블록 정보의 경계를 지시하는 데에 사용된다. 사용되는 대체 비트들은 결합된 모션에 대한 코드워드 및 모션 및 예측 오류 정보(CBP')을 포함하지 않는 블록에 대한 텍스처 정보들이다. 이것은 예제 403에서 "NOT CODED" 코드워드로서 명명된다. 또한, 예제 401에서 보인 바와 같이, 대체 비트에 의해서 소비된 비트 레이트는 가정하에서 원래의 비디오 패킷에 의해서 소비된 비트 레이트와 비교하여 무시된다.
도 2에 보인 바와 같이, 본 발명의 실시 예의 상술을 계속하면, 비트 레이트가 조절된 비트 스트림은 비트 레이트 조절 스테이지로부터 233에서의 출력이 된다. 출력 비트 스트림은 수신 터미날(239)에서 이후 복호화되기 위하여 이종 망(237)에 전송된다.
도 5는 이종 통신망의 대역폭 및 오류 회복 요구에 적합한 출력 비트 스트림을 생성하기 위한 디지탈 압축된 비디오 비트 스트림을 조절하기 위한 장치(500)의 블록 다이아그램을 도시한 것이다. 장치(500)는 주 비트 스트림 제어장치(505)에 연결된 입력 비트 스트림(501)을 압축하는 데에 사용되는 표준 형 및 문법을 결정하기 위한 헤더 분석부로 구성된다. 헤더 분석부(503)은 기 결정된 표준 헤더 코드 (504)의 리스트를 유지하고 헤더 비트들의 완전한 매칭에 의한 현재의 표준 및 문법를 연산하기 위한 분석부를 활성화하는 메모리 모듈로부터 수신 입력과 연결되어 있다. 주 비트 제어장치(505)는 분석부(503)내에서 결정된 문법의 기초에서의 입력 비트 스트림으로부터 선택된 비트들을 제거하는 수단이다. 주 비트 스트림 제어장치(505)은 로부스트 조절 모듈(509)와; 비트 레이트 조절 모듈(511)과; 대체 태그 생성기(515)로 구성된다.
로부스트 조절 모듈(509)은 오류 로부스트 국소화를 향상시키기 위하여 비트 스트림내로 기 결정된 비트들을 삽입하고, 또한 분석부(503)내애서 결정된 표준형 및 문법에 관련된 비트 스트림을 복호화하는 수단이다. 또한, 로부스트 조절 모듈 (509)은 임의의 예측적으로 코드화된 정보를 삽입된 재 동기화 마커에 관련된 현재의 비디오 패킷 내의 비트들에만 의존하는 코드 워드로 변환한다. 로부트스 조절 모듈(509)의 동작은 헤더 분석부(503)으로부터의 신호 및 수신 터미날(507)으로부터의 귀환 정보에 의존하며, 상기 두 정보는 상기들의 모듈들을 포함하는 주 비트 스트림 제어장치(505)에서의 입력과 연결되어 있다.
로부스트 조절 모듈(509)의 출력은 비트 조절 모듈(511)의 입력에 연결되어 있으며, 비트 조절 모듈(511)은 분석부(503)에서 결정된 표준 형 및 문법의 기초에서의 비트 스트림으로부터 선택된 비트들을 제거하는 수단이다. 비트 레이트 조절 모듈(509)은 스케일 가능란 비트 스트림의 향상된 레이어내에서의 프레임에 관련된 낮은 우선 순위의 비트들을 드롭시키는 수단이며, 또한 재 동기화 마커 또는 영상 헤더에 의해서 제거된 비디오의 패킷내에서의 세그먼트에 관련된 낮은 우선순위의 비트들의 패킷을 제거하는 수단이다. 또한, 비트 레이트 조절 모듈(509)은 다음 패킷의 드롭을 연산하는 데에 사용되는 이전 프레임내에서 드롭된 패킷의 이전 정보를 기록하는 메모리를 포함한다. 이것은 영상의 동일한 공간적인 공간을 반복적으로 제거하는 것을 방지한다.
비트 레이트 조절 모듈(511)은 주 비트 스트림 제어장치(505)의 입력에 연결된 귀환 신호(507)에 의해서 인지되는 수신 터미날의 용량에 적합한 출력을 생성한다. 비트 레이트 조절 모듈(511)의 출력은 대체 태그 생성기(515)의 입력에 연결되어 있으며, 대체 태그 생성기(515)는 분석부(503)내에서 결정된 표준형 및 문법에 관련된 비트 스트림의 복호화를 향상시키기 위한 기 결정된 비트들을 삽입하는 수단이다. 특히, 대체 태그 생성기(515)는 회복 불가능한 오류로부터 장애를 받지 않기 위하여 임의의 디코더에서의 타이밍 및 공간 정보를 유지하기 위하여 설계된 짧은 코드워드를 갖는 비트 레이트 조절 모듈(509)에 의해서 드롭된 비트들을 대체한다.
주 비트 스트림 제어장치(505)의 출력은 이종 망(519)에 연결되어 있으며, 이종 망은 차례로 최종적인 비트 스트림(517)을 수신 터미날(521)의 로부스트 디코더로 전송한다.
상기에 기술한 실시 예에 따라서, 본 발명을 분리하지 않고는 비트 스트림의 제어 및 전송에 대한 방법 및 장치의 많은 변형 및 수정을 통상의 기술 능력이 있는 사람들이 만드는 것을 허용한다. 더욱이, 이러한 다음의 청구항에서 정의된 본 발명의 정신 및 범위내에 포함되는 모든 수정 및 변형은 본 발명에 포함되는 것이다.
분 발명에 따른 장치(500) 어떠한 비디오 코딩 표준에 의해서 생성된 비트 스트림을 조절할 수 있다. 특별한 표준의 유연성의 정도에 따라서, 비트 레이트 조절 및 오류 로부스트로 명명되는 다양한 효능의 정도를 얻을 수 있다. 일반적으로, 가장 최근의 표준, 즉 H.263 및 MPEG-4 등은 장치에 의한 이러한 비트 스트림의 특징의 가장 뛰어난 제어 기능을 제공한다.

Claims (12)

  1. 비트 스트림을 압축하기 위해서 사용되는 표준형 및 문법을 결정하는 단계와;
    기 결정된 비트들을 삽입하고 오류 로부스트 국소화 및 표준형 및 문법에 관련된 비트 스트림의 디코딩을 향상을 포함하는 중간 과정의 비트 스트림을 생성하는 예측적으로 코드화된 정보를 변환하는 단계와;
    로부스트 수신 터미날에 적합한 비트 레이트를 갖는 출력 비트 스트림을 생성하는 비트 스트림을 압축하는 데에 사용되는 표준형 및 문법에 기초한 중간 비트 스트림으로부터 선택된 비트들을 제거하는 단계를 포함하는 암호화된 비디오 데이터의 비트 스트림내에서의 비트들을 조절하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 비트 스트림을 압축하는 데에 사용된 표준형 및 문법을 결정하는 상기 단계는 헤더 비트를 읽는 단계와;
    비트 스트림을 압축하는 데에 사용되는 현재의 표준형 및 문법을 인식하기 위한 표준 헤더의 기 결정된 리스트에서 상기 비트들을 비교하는 단계를 포함하는 암호화된 비디오 데이터의 비트 스트림내에서의 비트들을 조절하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 기 결정된 비트들을 삽입하고 예측적으로 코드화된 정보를 변환하는 단계는 재 동기화 마커를 삽입하는 단계와;
    비디오 패킷내에서 예측적인 코딩을 제한하기 위하여 암호화된 모션 벡터와 관련된 텍스처 데이터 파라미터드들을 다르게 변환하는 단계를 포함하는 암호화된 비디오 데이터의 비트 스트림내에서의 비트들을 조절하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 선택된 비트들을 제거하는 단계는 스케일 가능한 비트 스트림의 향상된 레이어내의 프레임에 관련된 낮은 우선순위의 비트들을 제거하는 단계를 포함하는 암호화된 비디오 데이터의 비트 스트림내에서의 비트들을 조절하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 선택된 비트들을 제거하는 단계는 재 동기화 마커 또는 영상 헤더에 의해서 제거된 비디오 비트들의 패킷내의 세그먼트에 관련된 낮은 우선순위의 비트들의 패킷을 제거하는 단계를 포함하는 암호화된 비디오 데이터의 비트 스트림내에서의 비트들을 조절하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 낮은 우선순위 비트들의 제거 단계는 영상의 동일한 공간 영역을 반복적으로 제거하는 것을 피하기 위한 이전 프레임내에서 드롭된 패킷의 이전 정보의 기초를 제거하기 위해서 패킷을 선택하는 단계를 포함하는 암호화된 비디오 데이터의 비트 스트림내에서의 비트들을 조절하는 방법.
  7. 비트 스트림을 압축하는 데에 사용되는 표준형 및 문법을 결정하는 수단과;
    비트 스트림내에 기 결정된 비트들을 삽입하고 또한 오류 로부스트 국소화 및 표준형 및 문법에 관련된 비트 스트림의 복호화를 향상시키기 위한 중간 비트 스트림을 생성하는 예측적으로 코드화된 정보를 변환하는 수단과;
    로부스트 수신 터미날에 적합한 비트 레이트를 갖는 출력 비트 스트림을 생성하는 비트 스트림을 압축하는 데에 사용되는 표준형 및 문법에 기초한 중간 비트 스트림으로부터 선택된 비트들을 제거하는 수단을 포함하는 암호화된 비디오 데이터의 비트 스트림내의 비트들을 조절하는 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 비트 스트림을 압축하는 데에 사용된 표준형 및 문법을 결정하는 상기 수단은 헤더 비트들을 읽는 수단과;
    비트 스트림을 압축하는 데에 사용되는 현재의 표준형 및 문법을 인식하기 위한 표준 헤더의 기 결정된 리스트에서 상기 비트들을 비교하는 수단을 포함하는 암호화된 비디오 데이터의 비트 스트림내에서의 비트들을 조절하는 장치.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 기 결정된 비트들을 삽입하고 예측적으로 코드화된 정보를 변환하는 수단은 재 동기화 마커를 삽입하는 수단과;
    비디오 패킷내에서 예측적인 코딩을 제한하기 위하여 암호화된 모션 벡터와 관련된 텍스처 데이터 파라미터드들을 다르게 변환하는 수단을 포함하는 암호화된 비디오 데이터의 비트 스트림내에서의 비트들을 조절하는 장치.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 선택된 비트들을 제거하는 수단은 스케일 가능한 비트 스트림의 향상된 레이어내의 프레임에 관련된 낮은 우선순위의 비트들을 제거하는 수단을 포함하는 암호화된 비디오 데이터의 비트 스트림내에서의 비트들을 조절하는 장치.
  11. 제 7 항에 있어서, 상기 선택된 비트들을 제거하는 수단은 재 동기화 마커 또는 영상 헤더에 의해서 제거된 비디오 비트들의 패킷내의 세그먼트에 관련된 낮은 우선순위의 비트들의 패킷을 제거하는 수단을 포함하는 암호화된 비디오 데이터의 비트 스트림내에서의 비트들을 조절하는 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 낮은 우선순위 비트들의 제거 수단은 영상의 동일한 공간 영역을 반복적으로 제거하는 것을 피하기 위한 이전 프레임내에서 드롭된 패킷의 이전 정보의 기초를 제거하기 위해서 패킷을 선택하는 수단을 포함하는 암호화된 비디오 데이터의 비트 스트림내에서의 비트들을 조절하는 장치.
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