KR20010010964A

KR20010010964A - 동영상 부호화 방법

Info

Publication number: KR20010010964A
Application number: KR1019990030128A
Authority: KR
Inventors: 김철우
Original assignee: 구자홍; 엘지전자 주식회사
Priority date: 1999-07-24
Filing date: 1999-07-24
Publication date: 2001-02-15

Abstract

본 발명은 영상의 부호화기에 관한것으로, 특히 영상신호를 움직임 추정후 잔류신호를 부호화 하는 과정에서 기존의 부호책과 호환성 (Compatibility)를 유지하면서도 특정의 변환계수 분포에 보다 최적화되어 동작할 수 있는 부호책을 마련하여 전체부호기에서 사용하도록 하는데 있다. 종래에는 하나의 부호책을 가지고 모든 종류(CBP, Run-revel계수, 움직임 벡터 및 그외의 정보)의 부호화에 사용할수 있으므로 부호기의 구현이 용이해지고, 채널오류에 보다쉽게 대처할 수 있다는 장점이 있다. 그러나, 이렇게 하나의 단순한 부호책을 가질경우 부호화할 정보의 특성이 부호책에 맞지않을 경우에는 전체적으로 평균 부호어의 길이가 늘어나므로 압축데이터량이 증가하는 문제점이 발생하거나, 혹은 압축데이터량을 줄이기위해 부호화할 정보들의 분포를 고정된 부호책의 특성에 맞게 조정하는 과정이 필요한 문제점이 발생된다. 따라서 본 발명에서는 종래의 부호책과 본 발명에서 제안된 부호책을 부호화할 정보의 특성을 판단하여 이에맞게 선택적으로 사용할수 있도록 하므로써 부호기의 단순성을 그대로 유지하면서도, 부호화할 정보의 특성에 보다 적합하게 대처할 수 있는 새로운 부호화 방법을 제시하는데 있다.

Description

동영상 부호화 방법{Moving Picture coding method}

전세계 영상 통신 표준규약으로 자리잡고 있는 H.261, H.263 및 H.263+ 에 이어서현재 H.26L이 표준화 제정단계에 있다. 본 발명은 H.26L의 동영상 부호화시 이용되는 VLC TABLE(Variable Length Coding Table)에 관한것으로 기존의 부호책의 단순성을 유지하면서도 본 발명에서 제안된 부호책을 부호화할 정보의 특성에 따라 선택적으로 사용할수 있도록 하므로써 부호화를 효율적으로 할수 있는 부호책을 제안하는데 있다.

종래의 부호책을 보면 가변장 부호책(VLC Table)을 매우 단순한 모양으로 만들고, 이렇게 만들어진 부호책 하나를 전체 부호기에서 사용하여 구현의 용이성 (Simpl icity)를 추구하고 있다. 이렇게 단순하게 설계된 하나의 부호책을 가지고 모든종류(CBP, 양자화된Run-revel계수, 움직임 벡터 및 그외의 정보)의 부호화에 사용할수 있기 때문에 부호기의 구현이 용이해 지고, 채널오류에 보다 쉽게 대처할 수 있다는 장점을 가지기도 하지만, 부호화할 정보들의 특성이 부호책에 맞지 않을 경우에는 부호화할 정보들의 분포를 고정된 부호책의 특성에 맞게 조정해야 하거나, 혹은 부호어의 길이가 늘어남으로 인한 압축데이터량이 증가하는 문제점이 발생하여,부호기의 성능저하를 초래하는 요인이 될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래기술에 대해 설명하면 다음과 같다.기존의 H.26L 표준에서 정의된 종래의 부호책을 보면 도1과 같다.즉, 부호어의 길이가 1,3,5,7... 과 같이 홀수의 길이(2n+1, n=0,1,2....)를 가지는 부호어만 존재하게 되며, 1,3,5,7...의 길이를 가지는 부호어의 갯수가 각각 1,2,4,8,16과 같이 2의 배수로 존재하게 되며, 부호책의 특성상 길이가 1인 부호어가 1개가 존재함으로 인해서 나머지의 부호어들은 적어도 길이가 3이상인 부호어들만 존재하게 된다. 또한 종래의 부호책 설계에서는 EOB(End Of Block)신호로써 "1"의 부호어, 즉 1비트의 길이를 가지는 부호어를 설계함으로써 EOB가 1/2의 확률로 존재한다고 가정하고 있다. 이러한 가정은 양자화레벨(QP)이 높을경우에는 어느정도 정확한 추정이 될 수 있으나, 양자화레벨(QP)가 낮을경우에는 위와 같이 추정한 확률분포가 틀릴 가능성이 매우높다. 즉, 낮은 양자화 레벨에서는 EOB보다 (0,1)의 RUN-LEVEL빈도가 더 높아질 확률이 매우높다. 이러한 상황에서 EOB에 한 비트(1 Bit)의 길이를 가지는 부호어를 할당하는 것은 부호기 성능측면에서 손해가 되므로 결국 부호화된 데이터량의 증가를 초래하는 문제점이 발생한다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 동영상부호화시 종래의 부호어의 맨앞에 1 Bit의 길이를 가지는 Information bit를 덧붙여 부호책을 구성하므로써 EOB의 확률분포를 1/4로 낮추고, 같은 길이를 가지는 심볼에 할당되었던 모든심볼들에 대해 단 하나의 심볼들을 제외한 나머지 심볼들 모두가 종래의 심볼들에 할당되었던 부호어 보다 한 비트(1 Bit)더 짧은 부호어를 가지게 되어 전체적으로 평균부호어 길이(Average codelength)는 더줄어들 확률이 높게되어 효율적인 부호화가 가능하도록 설계된 새로운 부호책 및 부호화 방법을 제시하는데 있다.

도1은 종래기술에 대한 일반적인 부호책의 구성을 나타낸 구성도

도2는 각 심볼에 대해 종래 부호책을 이용하여 구해진 부호어 및 심볼확률을 나타낸 구성도

도3은 각 심볼에 대해 본 발명에서 제안된 부호책만을 이용해서 구해진 부호어 및 심볼확률을 나타낸 구성도.

도4는 종래 부호기에서 가정한 Symbol의 분포를 나타낸 그라프

도5는 본 발명에서 제안한 부호책의 심볼 확률분포와 종래부호책의 심볼 확률분포를 나타낸 그라프

도6은 본 발명에서 제안한 부호책의 부호어 길이와 종래 부호책의 부호어 길이의 비교를 나타낸 그라프

상기 본 발명의 과제를 달성하기 위한 본 발명의 동영상 부호화방법은,

모든 부호어의 길이가 홀수의 길이(2n+1,n=0,1,2...)를 가지며, 상기 동일길이의 종류에 해당하는 부호어의 갯수가 각각 2의 제곱수(2ⁿ, n=0,1,2,3...)만큼 존재하는 부호어로 구성된 부호책을 구성하는 제1부호책 구성단계와;

모든 부호어의 길이가 짝수의 길이(2n, n= 1,2,3...)를 가지며, 상기 동일길이의 종류에 해당하는 부호어의 갯수가 각각 2의 제곱수(2ⁿ, n=1,2,3...)만큼 존재하는 부호어로 구성된 부호책을 구성하는 제2부호책 구성단계와;

심볼을 양자화하기 위한 양자화 레벨의 계수를 조사하여 상기 양자화 레벨의 계수가 소정의 기준값보다 클 경우에는 제1부호책을 선택하고, 작을경우에는 제2부호책을 선택하는 부호책 선택수단과;

상기 선택된 부호책으로 심볼을 부호화하는 부호화수단으로 구성된것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성된 본발명의 동영상 부호화 방법을 제1도내지 제 6도를 참고하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 종래의 부호화 과정에서 정의된 부호책은 그림1과 같다. 즉, 부호어의 길이가 1,3,5,7... 과 같이 홀수의 길이(2n+1, n=0,1,2....)를 가지는 부호어만 존재하게 되며, 1,3,5,7...의 길이를 가지는 각 부호어의 갯수가 각각 1,2,4,8,16...과 같이 2의 배수로 존재하게 되며, 부호화할 심볼의 분포가 그림2과 같이 2의 배수의 역수의 분포로 존재할 때 최적으로 성능을 발휘할 수 있다. 부호책의 특성상 길이가 1인 부호어가 1개가 존재함으로 인해서 나머지의 부호어들은 적어도 길이가 3이상인 부호어들만 존재하게 된다. 즉, 종래의 부호책 설계에서는 EOB(End Of Block)신호로써 "1"의 부호어, 즉 1비트의 길이를 가지는 부호어를 설계함으로써 EOB가 1/2의 확률로 존재한다고 가정하고 있다. 이러한 가정은 양자화레벨(QP)이 높을경우에는 어느정도 정확한 추정이 될 수 있으나, 양자화레벨(QP)가 낮을경우에는 추정한 확률이 틀릴가능성이 매우높다. 즉, 낮은 양자화 레벨에서는 EOB보다 Non- zero값을 가지는 RUN-LEVEL계수의 빈도가 더 높아질 확률이 매우높다. 이러한 상황에서 EOB에 한 비트(1 Bit)의 길이를 가지는 부호어를 할당하는 것은 부호기 성능측면에서 효율적이지 못한데, 본 발명에서는 기존 부호책의 각부호어들의 맨앞에 한 비트(1 Bit)길이를 가지는 정보비트(Information Bit)를 추가함으로써 EOB의 확률분포를 1/4로 낮추어주는 새로운 부호책(도3참조)을 생성하여 부호화할 정보의 특성에 따라 이를 선택적으로 Run-level부호화에 사용하게 된다. 일 실시예로 부호화 해야할 구획들의 계수들이 아래와 같이(표1) 같이 존재한다고 가정해 보자. 계산상 의 편의를 위해 계수의 크기를 1,-1,2로 제한하였다.

표1.

DC 2 -1 2

1 1 1 0

1 0 0 0

0 0 0 0

이경우에 있어서 Zig-Zag Scan을 통해서 Simple Scan할 경우 다음과 같은 Run-Length Pair(표2)를 얻게된다.

표2.

(0,2) (0,1) (0,1) (0,1) (0,-1) (0,2) (0,1) EOB

상기 표2.의 Run-Length Pair에서의 확률분포는 다음(표3)과 같다.

표3.

심볼	(0,1)	(0,-1)	(0,2)	EOB
심볼확률	1/2	1/8	1/4	1/8

따라서 (0,1)의 확률은 1/2로써 EOB와 (0,-1)의 빈도를 더한 확률 (1/8 + 1/8 =1/4)보다 크다. 위와같이 얻어진 Run-Length Pair를 기존의 부호책과 본 발명에서 제안한 부호책으로 부호화할 경우에 각각 다음과 같은 결과를 얻을 수 있다.

표4. 기존의 부호책과 본 발명의 부호책을 이용하여 부호화한 결과

분류	(0,2)(0,1)(0,1)(0,1)(0,-1)(0,2)(0,1) EOB	TOTAL
기존의 부호책	7 3 3 3 3 7 3 1	30
본발명의 부호책	6 2 2 2 4 6 2 2	26

즉, 기존의 부호책에서 각 부호어에 할당되었던 모든 심볼들에 대해서 단 하나의 심볼들을 제외한 나머지 심볼들 모두가 기존의 심볼들에 할당되었던 부호어 보다 한비트 (1 Bit)더 짧은 부호어를 가지게 되므로 전체적으로 평균부호어 길이 (Average Codelength)는 더 줄어들 확률이 높게되어. 결과적으로 본 발명의 부호책으로 부호화를 할 경우 기존의 부호책을 이용한것 보다 4비트의 이득을 가져오게 됨을 알수 있다. 따라서, EOB의 확률분포에 따라서 EOB의 확률분포가 전체 심볼의 1/2이하일 경우에는 본 발명에서 제안한 부호책의 성능이 높을 확률이 크므로 본발명에서 제안한 부호책을 사용할는것이 효과가 있으며 1/2이상일 경우는 종래의 부호책을 이용하여 부호화 하는것이 효과가 있다. 결과적으로 본 발명에서는부호화할 양자화 레벨 계수를 조사한후 양자화할 기준값과 비교하여 기준값보다 작을 경우는 본 발명의 부호책을 이용하며 클경우는 종래부호책을 이용하여 심볼을 부호화 하도록 하는것을 주요 특징으로 한다. 이하 첨부된 도면4의 경우는 종래의 부호기에서 가정한 심볼의 분포를 나타낸 그라프이며, 도5의 경우는 본 발명에서 제안한 부호책을 이용하여 심볼을 부호화 했을경우 심볼의 확률분포와 종래의 부호책을 이용하여 심볼을 부호화 했을경우의 심볼의 확률분포를 나타낸 그라프이며, 도6의 경우는 본 발명의 부호책의 부호어 길이와 종래부호책의 부호어의 길이비교를 나타낸 그라프이다.

동영상 부호화시 기존의 부호책의 단순성을 유지하면서도 부호화할 정보의 특성을 파악하여 이에맞게 부호화하므로써 부호기의 부호화 효율을 향상시키는데 있다.

Claims

모든 부호어의 길이가 홀수의 길이(2n+1,n=0,1,2...)를 가지며, 상기 동일길이의 종류에 해당하는 부호어의 갯수가 각각 2의 제곱수(2ⁿ, n=0,1,2,3...)만큼 존재하는 부호어로 구성된 부호책으로 구성된 제1부호책과

모든 부호어의 길이가 짝수의 길이(2n, n= 1,2,3...)를 가지며, 상기 동일길이의 종류에 해당하는 부호어의 갯수가 각각 2의 제곱수(2ⁿ, n=1,2,3...)만큼 존재하는 부호어로 구성된 부호책으로 구성된 제2부호책과,

심볼을 양자화하기 위한 양자화 레벨의 계수를 조사하여 상기 양자화 레벨의 계수가 소정의 기준값보다 클 경우에는 제1부호책을 선택하고, 작을경우에는 제2부호책을 선택하는 부호책 선택수단과;

상기 선택된 부호책으로 심볼을 부호화하는 부호화수단으로 구성된것을 특징으로하는 동영상 부호화 장치.
동영상부호화 방법에 있어서,

모든 부호어의 길이가 홀수의 길이(2n+1,n=0,1,2...)를 가지며, 상기 동일길이의 종류에 해당하는 부호어의 갯수가 각각 2의 제곱수(2ⁿ, n=0,1,2,3...)만큼 존재하는 부호어로 구성된 부호책을 구성하는 제1부호책 구성단계와,

모든 부호어의 길이가 짝수의 길이(2n, n= 1,2,3...)를 가지며, 상기 동일길이의 종류에 해당하는 부호어의 갯수가 각각 2의 제곱수(2ⁿ, n=1,2,3...)만큼 존재하는 부호어로 구성된 부호책을 구성하는 제2부호책 구성단계와,

심볼을 양자화하기 위한 양자화 레벨의 계수를 조사하여 상기 양자화 레벨의 계수가 소정의 기준값보다 클 경우에는 제1부호책을 선택하고, 작을경우에는 제2부호책을 선택하는 부호책 선택단계와;

상기 선택된 부호책으로 심볼을 부호화하는 부호화단계로 구성된것을 특징으로하는 동영상 부호화 방법.