KR20010022020A - 불록-구조 데이터 인코딩 - Google Patents

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요트.게.아. 롤페즈
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Abstract

불록들의 순서로서 구성된 정보 스트림은 양호한 성능 저하 원리에 따라 인코드된다. 이 스트림은 일시적 비-균등 데이터 처리 요구들을 배치한다. 특히, 수신된 불록에 관하여, 하나 이상의 불록 지향으로 정의된 제어 파라메터들 및 결합된 불록 지향 처리 부하들이 검출된다(44). 하나 이상의 선행 불록들에 대한 처리 부하의 제어(46) 하에 처리되기 전, 하나 이상의 늦은 불록들은 하나 이상의 제어 파라메터들로 조정(48)된다. 이것은 과부하의 경우에 늦은 불록에 대해 기대된 부하를 낮추고, 역으로 표준 이하의 부하를 검출할 때도 성립한다.

Description

불록-구조 데이터 인코딩{Encoding block-organized data}
전송 또는 저장을 위한 디지털 오디오 및 비디오의 처리는 다양한 데이터 압축 기술들의 사용을 필요로 했다. 제한되지 않은 실시례로는 오디오 및 비디오에 대한 다양한 버전을 가진 MPEG 표준이 있다. 다른 표준은 그러한 압축을 소프트웨어로 실현하는 H.261이며, Ho-Chao Huang 등에 의해, New Generation of Real-Time Software-Based Video Codec: Popular Video Coder Ⅱ, IEEE TR. Cons.EL. Vol.42, No.4, P.963-973에 공개되어 있다. 소프트웨어와 하드웨어가 혼합된 환경에서 실행된 압축 및 유사한 동작들이 실현 가능하다. 소프트웨어 인코드를 위해 필요한 동작들의 수는 예견하기 어렵다. 본 서면에서의 실시예는 주로 비디오에 관해 설명될 것이다. 현재, 일반적으로, 압축은 화상들의 그룹들(GOPs)을 기초로 하여 실행된다. 본 서면에서는 "화상"이라는 용어가 일관되게 사용될 것이다. 현행 비디오 표준에 의존하여, "화상"이라는 용어는 "프레임" 뿐만 아니라 "필드"를 의미할 수 있다. 그렇다면, 프레임 지향 구조 오디오 또는 혼합된 오디오/비디오 정보 스트림들의 압축은 유사한 방법으로 영향을 받을 수 있다. 그러한 처리는 실시간에 수행되어야 하고, 프로세서 과부하의 경우에, 화상들이나 화상의 부분들을 손실하는 높은 불이익을 감수해야 한다. 기본 시스템 설비들을 보호하기 위해, 어느 정도의 질을 양보하는 방식으로 데이터 처리에서 양호한 성능 저하 방식(graceful degradation)이 폭넓게 사용되어왔다.
본 발명은 불록-구조 오디오/비디오 데이터 인코딩에 관한 것이다.
도 1은 본 발명 장치의 불록도.
도 2는 제 1 향상된 프로파일 차트.
도 3은 제 2 향상된 프로파일 차트.
도 4는 방법 흐름도.
도 5는 전형적인 MPEG 구성도.
결과적으로, 특히, 본 발명의 목적은 향상된 인코딩 방법을 제공하는 것이다. 그러면, 이러한 관점들 중의 하나에 따라, 본 발명은 청구항 1의 특징 부분에 열거된 내용에 따라 특징된다. 또한, 본 발명은 위의 방법을 실현하기 위해 구비된 인코더 장치에 관한 것이며, 본 발명의 장점들은 독립항들에서 열거된다.
본 발명은 실제적인 처리 부하를 제어하기 위한 슬라이스 같은 화상이나 화상의 부분에 정의된 다양한 제어 파라메터들의 잠재적인 값을 인식하고 있다. 비디오를 위한 적절한 파라메터는 불록 또는 모든 화상 내에서 중요하지 않게 다루어져야할 정보의 양을 나타내는 중복 수량(Q)이다. 본 발명의 제 1 관점에 따라, 실제적인 처리 부하는 장래의 처리 부하를 예견하기 위해 사용되고, 결과적으로, 정보의 과부하로 인한 손실을 피하기 위한 하나 이상의 제어 파라메터들을 조절한다.
본 발명의 이러한 관점들 및 장점들은 양호한 실시예들의 공개 내용을 참고로 이하에서 자세히 논의될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 장치들의 불록도이며, 특히, 비디오와 사용하기 위한 것이다. 먼저, 단순화된 버전이 논의되며, 여기서 소자들(62, 64, 68, 70, 72, 74, 76, 78, 80)은 논의되지 않는다. 입력(20)에 수신된 비디오는 균일한 수의 픽셀들을 가진 화상들로 구성된다. DCT 소자(22)에서, 각각의 화상은 8X8 픽셀들의 배열로 각각 구성된 일련의 비디오 불록들로 분할된다. 이미지의 중간 분할은 불록들의 두 개의 근접한 수평 열들로 구성된 슬라이스들이 된다. 또한, 각각의 불록은 8X8 디지털 주파수 계수들의 배열을 생성하기 위해 불연속 코사인 변환(DCT)된다.
2차원적 DCT 결과 불록에서, 각각의 계수는 웨이브 주파수와 관련된다. 상부-좌측 계수 "0"은 두 좌표들에 따라 0 공간 주파수에 대응하는 평균값과 관련된다. 이 위치의 오른쪽에서 웨이브는 수평이다. 제 1 위치 아래에서 웨이브는 수직이다. 경사 방향에서, 웨이브는 좌표 방향들에 관해 대응하는 방식으로 향한다. 역 DCT에 의한 뒤따르는 디코딩은 초기 이미지의 무손실 재구성을 제공할 것이다.
도 1에서, 가중치 소자(weighting element)(24)는 더 작은 세부 묘사 또는 더 높은 공간 주파수들에 대한 상대적으로 더 낮은 감도의 인간 지각력을 고려하여, 각각의 계수들에 대한 가중치 요소들을 제공한다. 이러한 가중치의 목적은 데이터를 감소하기 위한 것이다. 계수 "0"을 위한 가중치 요소는 1 이다. 가중치 요소들은 계수"0"으로부터 떨어진 모든 방향에서 감소한다. 가중치 요소들은 일반적으로 고정된다. 디코더에서, 이 기술은 일부 정보의 손실을 발생할 것이며, 이것은 어떤 양호한 보는 조건에서도 인간에게는 실질적으로 보이지 않는다.
수량화기(26)(quantifier)에서, 더욱 데이터를 감소하기 위해, 계수(00)와 별개로, 계수들은 전체 비디오 화상에 대해, 슬라이스 같은 일련의 비디오 불록들 또는, 본건의 비디오 불록에 대해 균등한 중복 요소에 의해 분할된다. 이 지수들은 균등한 임계값에 관해 실질적으로 클리핑된다. 이것은 임계값 보다 크지 않은 계수들을 떨어뜨리게 될 것이다. 소프트웨어를 사용하는 인코딩을 위한 프로세서 부하는 도 1의 소자(26 및 28)에 인가되고, INTEL 펜티엄과 같은 단일 고-실행율 마이크로프로세서에 맵핑될 수 있다. Q-값 및 프로세서 부하들은 각각에게 대체로 역비율이 된다.
최종적으로, 코더(28)에서 결과 계수들은 연속적으로 되고, 허프만 또는 유사한 형식의 코드에 따라 가변 길이 인코딩(VLE)이 된다. 결과 비트스트림은 출력(32)에 출력된다. 계산 소자(34)에서, 실질적인 처리 부하가 계산되고, 라인(30)을 따라 수량화기(26)에 역결합된다. 후자는 허용 가능한 범위에서 불록이나 화상 단위의 처리 부하를 보유하기 위한 Q의 값을 조정할 수 있다.
위에서, 클럭 사이클의 수는 이미지의 내용에 의존한다. 차이는 단일 화상 내에서 불록들 사이 및 슬라이스들 사이뿐만 아니라 다양한 화상들 사이에서 발생할 수 있다. 최악의 경우에 대처하기 위한 요구는 하드웨어 설비들의 과도한 면적을 유발할 것이다. 본 발명은 처리의 양이 요소(Q) 및 다른 제어 파라메터들에 더 의존할 수 있다는 것을 인식해 왔다. 채널 비트 전송 속도 및 버퍼 점유를 제어하기 위해 Q를 조정하도록 제안되어 왔다. 본 발명은 Q 및 다른 제어 파라메터들을 조정하여 프로세서 부하를 조정하도록 한다.
뒤따를 방법은 도 4의 흐름도에 도시된다. 불록(40)에서, 처리가 시작되고 필요한 하드웨어 및 소프트웨어 설비들이 구성되고 초기화된다. 불록(42)에서, 처리는 비디오 불록들의 순서를 포함하는 새로운 화상에 대해 시작된다. 불록(44)에서, 실제의 진행 수가 갱신된다. 예를 들어, 비디오 불록 카운터 또는 비디오 라인 카운터가 본 건의 화상 내의 다양한 비디오 불록들의 구성 및 본 건의 화상에 할당된 시간 간격 내의 시간 진행에 따라 갱신된다. 불록(46)은 진행이 설명된 범위에 있는지에 여부를 조사한다. 최초에 진행은 시간에 선형이 되어야 하지만, 화상들의 순서에 따라, 각각의 화상들 내의 진행은 비 선형일 수 있다. 또한, 진행면은 순서에 따라 비-균등일 수 있다. 진행이 범위 내에 있다면, 불록(50)에서 다음의 비디오 불록이 진행된다. 범위는 비디오 불록들 및/또는 화상들의 순서에 따라 계속적인 갱신이 필요 할 수 있다. 불록(52)에서, 실제로 본 건의 화상의 마지막 비디오 불록인지에 여부를 조사한다. 그것이 마지막 불록이 아닌 한, 시스템은 불록(44)으로 되돌아간다. 그것이 마지막 불록이라면, 불록(42)에서 다음의 화상이 출발한다. 불록(46)의 결과가 네거티브이지만, 불록(48)에서 수량(Q)이 갱신된다면, 이것은 즉시 처리 부화에 영향을 미칠 것이고, 그러면 불록(46)에서 조사되어야할 다음 진행에도 영향을 미칠 것이다.
이러한 관점에서, 도 2는 제 1 향상된 프로파일 차트를 도시하고, 특히 선형에 관한 것이다. 도시된 라인은 공칭 진행을 나타내고, 이것은 모든 불록들이 진행된 것에 대해 실질적으로 동일한 시간 간격들을 취한다는 것을 나타낸다. 라인 하이(hi) 및 로우(lo)는 각각 Q의 실질적인 값의 갱신을 고려하는 상한 및 하한 임계값들을 나타낸다. 처리가 너무 느리다면, 진행은 도시된 라인의 아래에 남아서, Q는 상승되어야 하고 역으로도 적용된다. 이 결정이 전체로서의 화상 기초에 대해서만 이루어진 것이라면, 단지 도면의 상부 끝의 차단(intercept)만이 고려된다. 라인(hi 및 lo)들은 Q의 너무 빈번한 수정을 피하기 위해, 공칭 라인으로부터 상당히 분기된다. 시스템은 예견 할 수 없는 문제에 대처하기 위해 20%정도로 중복 용량을 남기는 방법으로 항상 설계되고 제어되어야 한다.
도 3은 비-선형인 제 2 향상된 프로파일 차트를 도시한다. 이 경우는 화상의 앞선 불록들이 뒤의 불록들보다 더 많은 처리 시간을 취하는 것을 도시한다. 이것은 앞선 화상들에 의해 결정되었으며, 앞선 불록들의 비-균등 화상 내용에 의해 발생할 수도 있다. 균등한 이미지 부분은 더욱 자세한 풍경 부분보다 적은 처리를 할 것이다. 연속적인 화상들 사이에서, 프로파일의 경사들 및 끝 부분들이 유지된다. 그러한 화상 내의 비-균등은 Q 및/또는 다른 제어 파라메터들에서의 변화들의 양을 재는 다른 방법을 발생할 수 있다. 일반적으로, Q의 변경의 양은 인공 지능의 문제이므로, 불안정은 피해야한다. 수정 단계가 더 작은 면에 있을 수 있는 점에서, 때로는 조정이 완전히 안정되기 위해 하나 이상의 화상을 취한다. 또한, 전체 화상에 대한 측정을 위한 시간-응답은 불록 대 불록 기초에 대한 측정과 다를 수 있다.
예를 들어, 본 발명은 MPEG 환경에서 사용될 수 있다. 그러면 도 5는 화상들의 순서에 표현된 MPEG 구조 실시예를 도시한다. MPEG는 I, B 및 P 화상들의 3개 분류를 가진다. I 화상들은 본 건의 이미지를 재생하기 위한 모든 정보를 포함한다. P 화상들은 모든 필요한 정보들보다는 적은 정보를 포함하지만, 더 늦게 처리된 화상에 대해 앞선 것으로 작용하는 그러한 방법으로 재생될 이미 처리된 화상을 필요로 한다. 마지막으로, B 화상들은 모든 필요한 정보보다 적은 정보를 포함하지만, 본 건의 이미지를 재생하기 위해 하나 이상의 이미 처리된 화상들을 필요로 한다. 그러나, 그것은 여전히 처리되어야할 이미지에 대해 앞선 것으로서 다시 작용할 수 있는 화상을 만들 수 없을 것이다. 그러면, P 화상들은 연결될 수 있으나, B 화상들은 항상 마지막 화상들이 될 것이다. 결합성은 화살표에 의해 표시된다.
MPEG 스킴을 위해, 도 1이 확장된다. 특히, 역 결합 루프는 수량화기(26)의 반대인 역 수량화기(68)를 포함한다. 또한, 소자(70)는 DCT 소자(22)에 반대인 역 불연속 코사인 변환(IDCT)을 수행한다. 이 결과는 부가기(72)로 향하고, 결과적으로 메모리(74)에 저장된다. B 및 P 화상들에 대해, 소자(76)의 입력(77)은 하나 이상의 모션 보상 벡터들을 가지므로, 이미지의 모션은 효과적으로 보상받을 수 있다. 결과 화상 내용은 B 및 P 화상들에 대해 배타적으로 동작하는 기판(60)에 보내진다. I 화상들에 대해, 스위치(62)는 닫히고, 부가기(60)는 효과적으로 단락된다. B 및 P 화상들에 대해, 또한, 모션 보상된 화상은 IDCT(70)로부터 수신된 화상들에 부가되기 위해 스위치(64)에 의해 부가기(72)에 전달된다.
가변 길이 코더(28)는 저장 및 전송을 위해 출력(32)에 코딩된 정보 스트림을 출력한다. 또한 소자(34)를 계산하기 위한 진행을 지시하고, 출력 비트 전송 속도(32)에 적합한 정보를 비트 전송 속도 제어 불록(80)으로 보낼 수 있다. 후자는 적절한 시간 간격에 대해 평균화된 비트 전송 속도가 출력(32)으로부터 다운스트림하는 소자들의 처리 및/또는 버퍼링 용량을 초과하지 않는지에 여부를 조사할 것이다. 이 결과는 다운스트림 방향으로 출력(32)과 나란히 출력 될 수 있고, 뿐만 아니라 계산 소자(34)부터 논리 조합 소자(78)까지 제어 신호와 역 결합될 수 있는 제어 신호이다. 비트-전송 속도 부하가 과도하지 않다면, 계산 소자(34)가 결정된다. 비트 전송 속도가 너무 높다면, 조합 소자(78)가 계산 소자(34)에 의해 제어를 과도하게 지배할 것이다.
또한, 제어 파라메터들의 수정은 다음을 포함할 수 있다. MPEG 스트림에서, B-화상들은 선택적으로 제외될 수 있다. 또한, 도 1의 가중치 불록(24)에서의 계수 클리핑은 더욱 정밀하게 또는 더욱 관대한 방식으로 실행될 수 있다. 또한, 모션 평가는 예를 들어 5 대신에 3개를 취하는 식으로, 더 적은 모션 벡터 후보들을 취하는 덜 소모적인 방식으로 수행될 수 있다.
또한, 본 발명의 내용에서의 측정은 아래에 따른다. 부하 복잡성은 모두가 약 Q와 같은 값을 가진 연속적인 화상들의 그룹(GOP)의 기초 상에 모니터되고, MPEG에서 I, P 및 B 화상들과 같은 화상의 다양한 형식들의 성질은 개별적인 적절한 Q의 레벨을 할당하기 위해 고려된다.
입력과 보상된 입력 사이의 다른 신호는 어떤 경우든 관련이 0에 가까운 차이를 가진 경우에, DCT 소자(22)의 입력에 계수 클리핑을 통하여 0으로 강제 될 수 있다. 이것은 모션 평가 장치의 출력 신호를 통해 신호로 될 수 있다. 그러면, 불록들 DCT, Q, IQ 및 IDCT에서의 계산이 선행할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 특정한 B 또는 P 화상이 복구 될 수 없을 때, 측정은 즉시 I 화상을 다음의 비-I 화상과 함께 진행하게 되고, 두 개의 화상들 사이의 다른 벡터를 두 개로 분할하도록 되어 사실상 평균 화상이 얻어질 것이다.
위에 언급된 실시예들은 다소 본 발명을 제한적으로 설명하고 있으며, 당업자는 부가된 청구항들의 범위에 벗어나지 않고 수많은 변경 실시예들을 설계할 수 있다는 것을 유의 해야한다. 청구항에서, 괄호 사이의 어떤 참조 표시들도 청구항을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. "포함"은 청구항에 나열된 것 보다 다른 소자들 또는 단계들의 존재를 제외하지 않는다. 본 발명은 몇몇 별개의 소자들을 포함하는 하드웨어 수단으로 구현될 수 있으며, 알맞게 프로그램된 컴퓨터로 구현될 수 있다. 몇몇 수단들을 열거하는 장치 청구항에서, 이러한 수단의 몇몇은 하나 및 같은 아이템의 하드웨어로 구현될 수 있다.

Claims (11)

  1. 정보 스트림을 얻기 위해, 양호한 성능 저하 원리에 따라 입력 신호를 인코딩하는 방법으로서, 상기 정보 스트림이 일시적인 비-균등 데이터 처리 요구들을 배치(pose)하는 불록들의 순서로서 구성되는 입력 신호 인코딩 방법에 있어서,
    하나 이상의 제어 파라메터들 및 불록-결합된 처리 부하를 결정하는 단계(44), 및
    하나 이상의 선행 불록들에 적합한 처리 부하의 제어(46)에 의해 처리(50)되기 전에, 하나 이상의 상기 파라메터들을 하나 이상의 늦은 불록들로 조정하는 단계(48)를 포함하는 것을 특징으로 하는 입력 신호 인코딩 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 불록들은 필드들이나 화상들인 입력 신호 인코딩 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 제어 파라메터들은 중복 수량(Q)을 포함하는 입력 신호 인코딩 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 정보 스트림은 불록들의 균등 순서로 각각 형성된 필드들 또는 화상들에서 구성되며,
    상기 처리 부하는 실제로 할당된 필드 또는 화상 시간 내의 시간 진행에 비교되는 상기 불록들의 순서 내의 진행에 관해 측정되는 입력 신호 인코딩 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 처리 부하는 앞선 필드 또는 화상에 대해 대응하는 진행과 상기 진행을 비교하여 측정되는 입력 신호 인코딩 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 불록들의 순서 내의 비-균등 일시적 진행이 허용되는 입력 신호 인코딩 방법.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 정보 스트림 내의 화상 형식 또는 다양한 상이한 필드 사이의 실질적인 화상 형식에 의해 결정된 비-균등 처리 복잡성을 평가하는 단계를 더 포함하는 입력 신호 인코딩 방법.
  8. 제 2 항에 있어서,
    대략 균일한 Q의 값을 가지지만 다양한 상이한 분류들을 가지는 연속적인 화상들의 그룹(GOP)의 기초로 부하 복잡성을 모니터하는 단계, 및
    상기 처리 부하를 조사하기 위해 각각 상이한 레벨들을 할당하기 위한 상기 다양한 분류들을 고려하는 단계를 더 포함하여 MPEG 비디오와 사용하기 위한 입력 신호 인코딩 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    입력 신호와 모션-보상된 버전의 차이가 적은지에 여부를 동적으로 체크하는 단계,
    포지티브인 경우에, 이 차이를 기다리는 처리 단계를 위하여 계수 클리핑을 통해 상기 차이를 0으로 강제적으로 만드는 단계, 및
    상기 모션-보상된 버전을 찾기 위해 의도된 선행 계산들 및 모션 평가기를 통해 상기 내용을 신호로 알리는 단계를 더 포함하여 MPEG 비디오와 사용하기 위한 입력 신호 인코딩 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    특정한 화상이 복구 될 수 있는지에 여부를 체크하는 단계, 및
    네거티브인 경우에, 즉시 진행하는 화상과 다음에 뒤따르는 화상 사이의 평균 화상을 찾는 책임을 지는 단계를 더 포함하여 MPEG 비디오와 사용하기 위한 입력 신호 인코딩 방법.
  11. 정보 스트림을 얻기 위해, 양호한 성능 저하 원리에 따라 입력 신호를 인코딩하는 인코더로서, 상기 정보 스트림이 일시적인 비-균등 데이터 처리 요구들을 배치하는 불록들의 순서로서 구성되는 입력 신호 디코더에 있어서,
    하나 이상의 불록-결합된 처리 부하를 결정하기 위한 수단(34), 및
    하나 이상의 선행 불록들에 적합한 처리 부하의 제어(34)로 처리되기 전에, 하나 이상의 상기 제어 파라메터들을 하나 이상의 늦은 불록들로 분배하도록 조정하는 조정 수단(26)을 포함하는 것을 특징으로 하는 입력 신호 인코더.
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