KR20010005958A - 부호화된 비디오 시퀀스의 스위칭 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 부호화된 제 2 비디오 시퀀스의 비트율이 부호화된 제 1 비디오 시퀀스의 비트율보다 높을때 부호화된 제 1 비디오 시퀀스로부터 부호화된 제 2 비디오 시퀀스까지의 스위칭 방법 및 이에 대응하는 장치에 관한 것이다. 제 1 시퀀스의 전송된 최종 픽쳐(02) 및 제 2 시퀀스의 전송된 제 1 픽쳐(N1)에 각각 연관된 비트들이 복호화기의 버퍼의 크기를 초과하는 전송된 최종 픽쳐(02)의 복호화 시간에 첨가되면, 제 2 시퀀스의 비트율은 더 높은 비트율로 증가된다.

Description

부호화된 비디오 시퀀스의 스위칭 방법 및 장치{Method of switching of coded video sequences and corresponding device}
"MPEG 비디오 부호화: 기초 개별 입문(a basic tutorial introduction)"에서 실례로서 기술된 것처럼, BBC 리포트 RD 1996/3 및 MPEG-형태 압축 비디오 시퀀스는 그들 자신이 부호화된 픽쳐들의 상이한 형태들(도 1에 도시된 GOP의 실례)을 포함하는 픽쳐들의 그룹들(또는 GOPs)로 세분화된다:
- 다른 픽쳐들의 기준없이 부호화되는 인트라-부호화된 픽쳐들(intra-coded pictures)(I-픽쳐들);
- 과거의 기준으로부터의 예측을 이용하여 부호화되는 예측-부호화된 픽쳐들(predictive-coded pictures)(P-픽쳐들);
- 과거 또는 미래의 기준으로부터의 예측을 이용하여 부호화되는 양방향으로 예측-부호화된 픽쳐들(bidirectionally predictive-coded pictures)(B-픽쳐들).
본 발명은 복호화하기 전에, 비트율(Rold)로 부호화된 제 1 비디오 시퀀스로부터 더 높은 비트율(Rnew)로 부호화된 제 2 비디오 시퀀스까지의 스위칭 방법 및 상기 방법을 실행하기 위한 장치에 관한 것이다.
도 1은 부호화된 픽쳐들의 상이한 형태들을 포함하는 GOP 의 실례를 도시하는 도면.
도 2는 픽쳐가 규정된 시각에서 즉시 복호화되고 일정 비트율로 부호화된 스트림에 대한 복호화기의 버퍼 충만성의 실례를 도시하는 도면.
도 3은 복호화기의 버퍼 충만성 표시를 사용할 때 픽쳐 Ij 의 가장 유용한 파라미터를 정의하는 것을 허용함을 도시하는 도면.
도 4 및 5는 오버플로우의 발생 우려가 있는 올드 및 뉴 시퀀스 사이에서 스위칭이 불가능한 상황을 도시하는 도면.
도 6은 본 발명에 따른 방법의 원리를 도시하는 도면.
도 7은 스위치가 본 발명에 따라 만들어진 경우의 최종 스트림(즉,글로벌 복호화기의 버퍼 발생)을 도시하는 도면.
도 8은 상기 방법을 실행하는 스위칭 장치를 도시하는 도면.
다른 형태의 예측에 따라, 픽쳐들은 효율성이 높거나 낮게 부호화되며, 최종 비트의 수는 일정하지 않다. 더우기, MPEG 명세에 따라, 픽쳐가 모든 프레임 기간(Tv)내에 즉시 복호화 된다고 가정 하면, 부호화된 픽쳐들의 제 1 비트는 복호화기의 버퍼내에서 동일한 시간을 소비하지 않으며; MPEG 신택스에서 정의된 이러한 가변 시간은 vbv_지연(vbv:video buffering verifier)으로 칭한다. 일정 비트율로 부호화된 스트림에 대한 복호화기의 버퍼 충만성(decoder's buffer fullness)의 실례가 vbv_ 지연들, 즉, vbv(I0), vbv(I1),....,vbv(I4),....,등의 각각에 대한 연속 픽쳐들(I0 내지 I4)에 대해 설명하는 도 2(복호화기의 버퍼 충만성 대 시간)에 도시되어 있고, 여기서 픽쳐는 모든 프레임 기간(Tv)내에 즉시 복호화된다. 픽쳐에 대한 비트율은 기울기로 나타냈으며, 충만성(또는 복호화기의 버퍼 상태)은 각 기간(Tv)에 대한 최고점으로 나타냈다. 도 3을 참조하면, 시각 td(Ij)에서 복호화된 픽쳐 Ij의 크기d(Ij)는 [수학식1]과 같다.
d(Ij) = S - (Ij) - S + (Ij)
여기서, S - (Ij) 및 S + (Ij)는 각각 시각 td -(Ij)1(픽쳐 Ij가 복호화기의 버퍼로부터 제거되기 직전의 시각) 및 시각 td +(Ij)2(픽쳐 Ij 가 복호화기의 버퍼로부터 제거된 직후의 시각) 에서의 복호화기의 버퍼 상태를 나타낸다. 상기 픽쳐 Ij에 있어서, 픽쳐의 vbv_지연 vbv(Ij)와 비디오 스트림의 비트율(R), 및 복호화기의 버퍼 상태 S-(Ij)와의 관계는 [수학식2]에 정의되어 있다.
S-(Ij) = vbv(Ij).R
S+(Ij)는 [수학식3]에 정의되어 있다.
S+(Ij) = S-(Ij+1)-R.Tv
[수학식2], [수학식1] 및 [수학식3]으로 부터, 복호화된 픽쳐 Ij 의 크기 d(Ij)에 대해 [수학식4]와 같은 더 정확한 관계를 추론할 수 있다.
d(Ij) = R.(vbv(Ij)-vbv(Ij+1)+Tv)
이러한 모델로 인해, 두개의 압축된(부호화된) 비디오 시퀀스들 사이의 간단한 스위칭이 항상 가능한 것은 아니다. 일반적으로, 올드 및 뉴 비디오 시퀀스들(old and new video sequences)의 각각의 비트율(Rold, Rnew)은 실제로 상이하다. 그래서, 스위칭 지점이 복호화기의 버퍼와 교차될때, 상기 버퍼에 인가되는 입력 비율은 스위칭의 부재상태로 입력되는 다른 입력 비율과 상이하게 된다. 도 4 및 도 5를 참조로 설명한 것처럼, 버퍼의 문제점은 올드 시퀀스의 픽쳐들이 복호화되는 천이 기간동안 및 뉴 시퀀스의 픽쳐들이 복호화기의 버퍼에 인가되는 동일한 시간내에 발생할 수 있다: 입력 비율이 이전의 입력 비율보다 크게 되면 오버플로우가 발생할 우려가 있다.
도 4는 올드 비디오 시퀀스의 임의의 픽쳐들(상기 시퀀스의 전송된 최종 픽쳐들 01,02 및 최초 대치된 픽쳐03) 및 뉴 픽쳐의 두개의 전송된 제 1 픽쳐들 (N1,N2)를 동시에 도시하고 있다. 이미 상술한 바와 같이 각 픽쳐는 복호화된 모든 기간(Tv)내에 존재하며, 뉴 시퀀스의 전송된 제 1 픽쳐(N1)의 vbv_지연 vbv(N1)은 스위칭 시각(tsw)에서 발생한다(도 4에서, 상기 vbv_지연은 제 1 대치된 픽쳐 03의 vbv_지연 vbv(03)과 거의 동일하다:상기 스위칭은 이러한 vbv_지연 vbv(N1) 및 vbv(03)가 양립할 수 없기 때문에 상기 경우가 아니면 불가능하다). 복호화기의 버퍼내의 최정 스트림을 나타내는 도5에 도시된 바와 같이, N1의 제 1 비트들은 02의 비트들이 상기 버퍼에 인가되고 있을때 및 02가 복호화되기 전에, 상기 버퍼에 인가된다. 비트율(Rnew)은 비트율(Rold)보다 크기 때문에, 이러한 상황은 도 5에 도시된 것처럼 오버플로우를 발생시키며, Smax 는 [수학식2]에 의해 정의된 것처럼 복호화기의 버퍼의 최대 크기의 한정을 나타낸다(상기 복호화기의 버퍼의 올드 시퀀스(old sequence)의 픽쳐의 비트들 또는 뉴 시퀀스(new sequence) 픽쳐의 비트들이 항상 존재하기 때문에 언더플로우의 문제점은 발생하지 않음을 알 수 있다.)
본 발명의 목적은 버퍼 오버플로우를 방지하기 위한 독창적인 방법을 제공하는 것이다.
이를 위해, 본 발명은 상술된 [기술 분야]에 개시된 스위칭 방법을 제공하는 것으로,
- 제 1 시퀀스의 전송된 최종 픽쳐(02) 및 제 2 시퀀스의 전송된 제 1 픽쳐(N1)와 연관된 비트들의 첨가에 의해 주어진 복호화기의 버퍼 상태 전체 비트수의 최대 크기를 비교하여, 상기 시각(tsw)과 최종으로 전송된 픽쳐의 복호화 시각 사이에서 복화화기 버퍼로 인가하는 단계 및
- 상기 수가 상기 최대 크기보다 높을 경우, 상기 전체 수가 상기 최대 크기에 거의 동일한 값에 대응하여 줄어들는 값(Rint)까지, 전송된 제 1 픽쳐에 대한 비트율(Rnew)에 대해 상기 제 2 시퀀스의 비트율이 증가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
"스플라이싱 포인트(splicing point)"로 불리는 특정 액세스 포인트의 사용에 의해 비디오 스위칭을 용이하게 하는 방법은 MPEG-2 표준에 공지되어 있다. 스위치는 동일한 스플라이싱 포인트가 뉴 비디오 시퀀스 및 올드 비디오 시퀀스 양쪽 모두에 존재할 때에 만 실행될 수 있고, 본 발명에 따라, 뉴 시퀀스의 비트율이 올드 시퀀스의 비트율보다 높더라도, 상기 뉴 비트율은 상기 뉴 시퀀스의 전송된 제 1 픽쳐(N1)의 비트들이 복호화기의 버퍼에 인가되기 위한 더 적은 시간을 필요로하는 방식으로(일시적이지만) 더 증가된다. 그래서, 상기 픽쳐의 제 1 비트가 상기 버퍼에 나중에 인가되고, 전송된 최종 올드 픽쳐(02)의 비트들의 첨가 및 전송된 제 1 뉴 픽쳐(N1)의 비트들의 첨가는 동일한 기간(Tv) 동안에 적어도 부분적으로는 버퍼내에 있으므로, 더 낮은 값을 발생 시키고, 상기 비트율이 충분히 증가되어 있어면 오버플로우를 충분히 방지할 수 있다. 상기 스위칭 동작은 어떠한 오버플로우의 문제점도 발생시키지 않고 가능하며, 상기 스위칭 동작을 용이하게 하기 위한 어떠한 스플라이싱 포인트의 사용없이도 상기 스위칭 동작을 가능하게 할 수 있다.
본 발명은 도 6(도 4와 비교하여)을 참조하여 상세한 방식으로 설명되어 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 중간 비트율(Rint)은 전송된 제 1 픽쳐(N1)에 대응하는 스트림에 적용된다. 도 4에서 상술된 상황에 대응하는 점선(LA)은 뉴 비트율(Rnew)에 비해 증가된 비트율값에 대응하는 제 2 위치(LB)로 이동한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 스위치가 요구되는 때, 즉, 시각(tsw)에, 픽쳐(N1)의 비트들은 올드 비트율(Rold)로 올드 시퀀스의 대치 제 1 픽쳐(03)에 연관된 vbv_delay vbv(03)과 증가된 비트율(Rint)로 삽입된 제1 픽쳐(N1)에 연관된 감소된 vbv_delay vbv'(N1)사이에서의 차이에 대응하는 짧은 기간동안 복호화기의 버퍼에 인가되지 않는다. 상기 픽쳐들의 복호화 작동이 기준 시간(상기 복호화기의 버퍼는 이러한 시간에서 공백 상황이다)을 구성하는 규정된 공백 시간(복호화 기간 Tv)에서 즉시 실행되도록 가정되는 것이 취소되어지며, 이는 본 발명의 원리가 실행될때 전송된 제 1 뉴 픽쳐(N1)의 제 1 비트가 상기 복호화기의 버퍼에 나중에 인가되는 이유를 설명한다.
그러므로, 비트들은 시각(tsw) 이후에 복호화기의 버퍼에 덜 인가되고, 이러한 상황의 기간은 상기 버퍼 상태의 최대 크기보다 더 낮은 값으로 복호화기의 버퍼 상태를 줄이는데 충분하므로, 오버플로우를 충분히 방지할 수 있다. 도7에 따라서, 후술되는 연속적인 상황을 알 수 있다.
(a)올드 시퀀스(01,02)의 비트들은 스위치가 요구되는 시각(tsw) 까지, 비트율(Rout)로 복호화기의 버퍼에 인가된다.
(b)tsw에서 다음 복호화 시각(상기 복호화 시각에서 부호화된 픽쳐(01)는 복호화됨)까지 및 상기01의 복호화 시각에서 N1 의 제 1 비트가 복호화기의 버퍼에 인가되는 시각까지, 올드 시퀀스 비트들은 더 이상 상기 버퍼에 인가되지 않는다(상기 비트율은 0 에 일치한다).
(c)뉴 픽쳐(N1)의 제 1 비트들은 중간 비트율(Rint)로 복호화기의 버퍼에 인가된다.
(d) 현재의 기간(Tv) 의 끝에서, 02 로 불리는 픽쳐가 복호화된다.
(e)후속하는 기간(Tv) 동안에, N1의 모든 잔류 비트들은 비트율(Rint)로 복호화기의 버퍼에 인가된다.
(f)상기 기간(Tv)의 끝에서, 픽쳐(N1)는 복호화되고, 시각(tsw) 에서 개방된 중간 기간은 Tv의 끝이 된다.
(g)후속하는 뉴 픽쳐(N2)의 비트들은 중간 비트율(Rint)보다 느린 뉴 비트율(Rnew)로 복호화기의 버퍼에 인가되다.
본 발명은 상술된 실행으로 제한되어서는 안되며, 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않고 수정 및 변경이 가능함은 물론이다. 예를 들면, 오버플로우가 발생되지 않는 계산된 최소 비율(Rm)은 이용가능한 최대 대역폭에 따라 최고의 가능한 비트율 보다 더 크며, 상기 최대 비트율까지 상기 비트율을 증가시키는 것이 가능하여, 발생 가능한 잔류 오버플로우를 방지하기 위한 다른 해결책과 본 발명의 본 실행을 결합하는 것이 가능하다.
상기 다른 해결책은 예를 들면, 1997년 5월 27일자로 이전에 출원된 유럽특허출원 97401160.3(PHF97557)에 상술된 것처럼, 최소 픽쳐들의 삽입에 의해 가능하다. 상기 특허는 제 1 비디오 시퀀스에서 제 2 비디오 시퀀스까지의 스위칭 방법에 관한 것으로, 상기 비트율은 일정하게 유지된다. 뉴 비디오 시퀀스(제 2 비디오 시퀀스)는 k프레임 기간(Tv)동안 지연되고, 상기 지연은 k 픽쳐들의 부가 시퀀스를 삽입하기 위해 사용되는 부족한 픽쳐들을 상기 복호화기를 위해 창조하며, 가능한 빨리 상기 복호화기의 버퍼를 공백상태로 만들기 위해 최소화된다.
상기 픽쳐들은 복호화 프로세스 동안 가능한 적은 수의 비트로 부호화되기 때문에 최소화 된다. k 최소 픽쳐들의 시퀀스를 구성하기 위한 하나의 방법은 모든 픽셀들(픽쳐 요소들)이 식별되는 유니폼 컬러 픽셀들의 시퀀스를 고려하는 것이다. 시퀀스의 이러한 형태는 예를 들면, 동일한 컬러들의 매크로블럭들을 포함하는 제 1 인트라-부호화된 픽쳐(I-픽쳐) 및 각 슬라이스의 제 1 및 최후 매크로블럭들이 널 포워드 벡터들(null forward vectors)로 부호화되고 예측에러가 없는(상기 삭제된 매크로블럭들내에 있는 다른 픽쳐들) 예측적으로 부호화된 픽쳐들(P-픽쳐들)로 부호화될 수 있다.
더우기, 본 발명은 도 6을 참조로 기술된 스위칭 방법을 실행하기 위한 장치에 관한 것이고, 도 8의 다이어그램은 로컬 비트율 수정의 상기 방법에 따른 스위칭을 수행하기 위해 제공되어야 하는 상기 실행의 주 단계들을 설명한다.

Claims (3)

  1. 비트율(Rold)로 부호화된 제 1 비디오 시퀀스로부터 더 높은 비트율(Rnew)로 부호화된 제 2 비디오 시퀀스까지 복호화하기 전, 시각(tsw)에서의 스위칭 방법에 있어서,
    제 1 시퀀스의 전송된 최종 픽쳐(02) 및 제 2 시퀀스의 전송된 제 1 픽쳐(N1)와 연관된 비트들의 첨가에 의해 주어진 복호화기의 버퍼 상태 전체 비트수의 최대 크기를 비교하여, 상기 시각(tsw)과 최종으로 전송된 픽쳐의 복호화 시각 사이에서 복호화기 버퍼를 인가하는 단계 및,
    상기 수가 상기 최대 크기보다 높을 경우, 상기 전체 수가 상기 최대 크기에 거의 동일한 값으로 대응하여 줄어들는 값(Rint)까지, 전송된 제 1 픽쳐에 대한 비트율(Rnew)에 대해 상기 제 2 시퀀스의 비트율을 증가시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, Rint의 최소 가능값이 상기 픽쳐(02)가 상기 버퍼로부터 제거되는 직전 및 직후의 각각의 시각 td -(02) 및 td +(02)에서 상기 복호화기의 버퍼 상태들의 총합이 상기 최대 크기에 대응하는 것을 특징으로 하는 스위칭 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에서 청구된 스위칭 방법에 따른 스위칭 장치.
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