KR20010064136A - 시공간 영역 특성을 이용한 인터/인트라 모드 판정 방법및 장치 - Google Patents

시공간 영역 특성을 이용한 인터/인트라 모드 판정 방법및 장치 Download PDF

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KR20010064136A
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이명호
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Abstract

본 발명은 움직임 추정 및 보상 방식을 이용하여 영상을 부호화하는 경우, 영상의 부호화 성능을 향상시키기 위한 시공간 특성을 이용한 Inter/Intra 모드 판정 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명은 원 영상 데이터에 존재하는 공간 영역에서의 중복되는 데이터 양을 추정하기 위해 공간 영역에서의 예측 오차를 계산하는 원 영상 예측 오차 계산기; 움직임 보상된 영상 데이터에 존재하는 공간 영역에서의 중복되는 데이터 양을 추정하기 위해 공간 영역에서의 예측 오차를 계산하는 움직임 보상 영상 예측 오차 계산기; 및 상기 원 영상/움직임 보상 영상 예측 오차 계산기들로부터 원 영상 데이터에 대한 공간 영역에서의 예측 오차(Err_Orig) 및 움직임 보상된 영상 데이터에 대한 공간 영역에서의 예측 오차(Err_MCed)를 각각 입력 받아 이를 비교하여 모드 판정 신호를 출력하는 Inter/Intra 모드 판정기를 포함하는 Inter/Intra 모드 판정 장치를 제공한다. 또한 본 발명은 원 영상 데이터에 대한 공간 영역에서의 예측 오차와, 시간 영역에서의 중복된 데이터를 제거하기 위해 움직임 보상된 영상 데이터에 대한 공간 영역에서의 예측 오차를 계산하는 제1단계; 제1단계에서 계산된 공간 영역에서의 예측 오차들을 이용하여 Inter/Intra 모드를 결정하는 제2단계를 포함하는 Inter/Intra 모드 판정 방법을 제공한다.

Description

시공간 영역 특성을 이용한 인터/인트라 모드 판정 방법 및 장치 {Method and apparatus for Inter/Intra mode decision using the characteristics in temporal and spatial domains}
본 발명은 움직임 추정 및 보상 방식을 이용하여 영상을 부호화하는 경우, 영상의 부호화 성능을 향상시키기 위한 효과적인 Inter/Intra 모드 판정 방법에 관한 것으로서, 특히 시공간 영역 특성을 이용한 Inter/Intra 모드 판정 방법에 관한 것이다.
또한 본 발명은 상기한 시공간 영역 특성을 이용한 Inter/Intra 모드 판정 방법을 구현하는 장치에 관한 것이기도 하다.
움직임 추정 및 보상 방식을 이용하여 영상을 부호화하기 위해 종래의 Inter/Intra 모드 판정 방식을 사용하는 경우, 다음과 같이 원 영상 및 움직임 보상된 영상 데이터의 분산(Variance)을 계산하기 위해서는 많은 연산량이 요구된다. 다음에서 O(i,j)는 원영상 데이터를 나타내며, R(i,j)는 움직임벡터가 가리키는 이전영상 데이터를 나타낸다.
VAR = VAROR = MWOR = 0;
for(i=1; i<=16; i++) {
for(j=0; j<= 16; j++) {
VAROR = VAROR + O(i,j) * O(i,j);
VAR = VAR + {O(i,j)-R(i,j)}*{O(i,j)-R(i,j)};
MWOR = MWOR + O(i,j);
}
}
VAR = VAR / 256;
VAROR = VAROR/256 - MWOR*MWOR/256/256;
if(VAR < 64 || VAR<VAROR)
INTER_MODE;
else
INTRA_MODE;
요구되는 연산량을 줄이기 위해 다음과 같이 움직임보상 오차 등을 사용하는 경우에는 Inter/Intra 모드 판정 결과의 정확성이 떨어지는 문제점이 있다.
MWOR = DIFFOR = DIFFREF = 0;
for(i=1; i<=16; i++) {
for(j=0; j<= 16; j++) {
MWOR = MWOR + O(i,j);
}
}
MWOR = MWOR / 256;
for(i=1; i<=16; i++) {
for(j=0; j<= 16; j++) {
DIFFOR = DIFFOR + |O(i,j) - MWOR|;
DIFFREF = DIFFREF + |O(i,j) - R(i,j)|;
}
}
if(DIFFOR < DIFFREF - Threshold)
INTRA_MODE;
else
INTER_MODE;
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 원 영상 및 움직임 보상된 영상 데이터에 대해 공간 영역에서의 예측 오차를 각각 계산한 뒤, 계산된 예측 오차 값이 더 적은 모드를 선택함으로써 Inter/Intra 모드 판정의 정확도를 향상시킬 수 있는 Inter/Intra 모드 판정 방법 및 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다
도 1 은 본 발명에 따른 영상 부호화 시스템의 블록 구성도
도 2 는 본 발명에 따른 Inter/Intra 모드 판정 장치의 블록 구성도
도 3 는 본 발명에 따른 공간 영역에서의 예측 오차 계산을 설명하기 위한 도면
도 4는 본 발명에 따른 Inter/Intra 모드 판정 방법의 흐름도
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
101 : 움직임 추정 및 보상부 102 : Inter/Intra 모드 판정 장치
103 : 선택기 104 : 영상 부호화부
201 : 원 영상 예측 오차 계산기
202 : 움직임 보상 영상 예측 오차 계산기
203 : Inter/Intra 모드 판정기
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 Inter/Intra 모드 판정 방법은, 원 영상 데이터에 대한 공간 영역에서의 예측 오차와, 시간 영역에서의 중복된 데이터를 제거하기 위해 움직임 보상된 영상 데이터에 대한 공간 영역에서의 예측 오차를 계산하는 제1단계; 제1단계에서 계산된 공간 영역에서의 예측 오차들을 이용하여 Inter/Intra 모드를 결정하는 제2단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 Inter/Intra 모드 판정 장치는 원 영상 데이터에 존재하는 공간 영역에서의 중복되는 데이터 양을 추정하기 위해 공간 영역에서의 예측 오차를 계산하는 원 영상 예측 오차 계산기; 움직임 보상된 영상 데이터에 존재하는 공간 영역에서의 중복되는 데이터 양을 추정하기 위해 공간 영역에서의 예측 오차를 계산하는 움직임 보상 영상 예측 오차 계산기; 및 상기 예측 오차 계산기들로부터 원 영상 데이터에 대한 공간 영역에서의 예측 오차 및 움직임 보상된 영상 데이터에 대한 공간 영역에서의 예측 오차를 각각 입력 받아 이를 비교하여 모드 판정 신호를 외부로 출력하는 Inter/Intra 모드 판정기로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 영상 부호화 시스템의 구성도를 보여 준다.
도면에서 보듯이, 영상 부호화 시스템은 입력되는 원 영상 데이터의 움직임을 추정하고 보상하는 움직임 추정 및 보상부(101); 원 영상 데이터 및 움직임 보상된 데이터에 대해 공간 영역에서의 예측 오차를 각각 계산한 뒤, 계산된 예측오차를 이용하여 Inter/Intra 모드를 판정하는 Inter/Intra 모드 판정 장치(102); 상기 Inter/Intra 모드 판정 장치(102)의 모드 판정 신호에 따라 원 영상 데이터 또는 움직임 보상된 영상 데이터를 선택하여 출력하는 선택기(103); 및 상기 선택기(103)로부터 출력된 영상을 부호화하고, 부호화된 비트스트림을 외부로 출력하는 영상 부호화부(104)로 구성된다.
이와 같이 구성되는 영상 부호화 시스템의 동작을 설명하면, 영상 부호화 시스템에 입력되는 원 영상 데이터는 움직임추정 및 보상부(101)와 Inter/Intra 모드 판정 장치(102)에 입력된다.
움직임추정 및 보상부(101)는 이전 영상 데이터를 이용하여 움직임 추정을 수행한 뒤, 원 영상 데이터에 존재하는 시간 영역에서의 중복되는 데이터를 제거한 결과 발생된 움직임 보상된 영상 데이터를 출력한다.
그리고 Inter/Intra 판정 장치(102)는 원 영상 데이터 및 움직임 보상된 데이터에 대해 공간 영역에서의 예측 오차를 각각 계산한 뒤, 계산된 예측 오차를 이용하여 Inter/Intra 모드를 판정하여 선택기(103)에 모드 판정 신호를 출력한다.
선택기(103)는 Inter/Intra 판정 장치(102)에서 출력된 모드 판정 신호가 INTRA_MODE인 경우에는 원 영상 데이터를 선택하고, 모드 판정 신호가 INTER_MODE인 경우에는 움작임 추정 및 보상부(101)에서 출력되는 움직임 보상된 영상 데이터를 선택하여 영상 부호화부(104)로 출력한다.
그러면 영상 부호화부(104)는 선택기(103)로부터 출력된 영상을 부호화하고,부호화된 비트스트림을 외부로 출력한다. 이때, 영상 부호화부(104)는 입력된 영상 데이터의 공간 영역에서 중복되는 데이터를 제거함으로써 영상 부호화를 수행한다.
따라서, Inter/Intra 모드 판정 장치(102)에서 원 영상 데이터에 대해 공간 영역에서 중복되는 데이터의 양과, 움직임 보상된 데이터에 대해 공간 영역에서 중복되는 데이터의 양을 정확히 계산하여 중복되는 데이터의 양이 많은 영상 데이터를 선택하여 부호화 한다면 영상의 부호화 시스템의 부호화 효율이 향상될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 Inter/Intra 모드 판정 장치의 구성도를 보여 준다.
도면에서 보듯이, Inter/Intra 모드 판정 장치는 원 영상 데이터에 존재하는 공간 영역에서의 중복되는 데이터 양을 추정하기 위해 공간 영역에서의 예측 오차를 계산하는 원 영상 예측 오차 계산기(201); 움직임 보상된 영상 데이터에 존재하는 공간 영역에서의 중복되는 데이터 양을 추정하기 위해 공간 영역에서의 예측 오차를 계산하는 움직임 보상 영상 예측 오차 계산기(202); 및 상기 예측 오차 계산기(201, 202)들로부터 원 영상 데이터에 대한 공간 영역에서의 예측 오차(Err_Orig) 및 움직임 보상된 영상 데이터에 대한 공간 영역에서의 예측 오차(Err_MCed)를 각각 입력 받아 이를 비교하여 모드 판정 신호를 외부로 출력하는 Inter/Intra 모드 판정기(203)로 구성된다.
이와 같은 구성에서, Inter/Intra 모드를 판정하는 과정을 도 4의 흐름도를참조하여 상세하게 설명한다.
먼저, 원 영상 예측 오차 계산기(201)는 원 영상 데이터에 존재하는 공간 영역에서의 중복되는 데이터 양을 추정하기 위해 공간 영역에서의 예측 오차를 계산한 뒤, 계산된 예측 오차를 Inter/Intra 모드 판정기(203)로 출력한다(S401).
이때, 원 영상 데이터에 대한 공간 영역에서의 예측 오차는 수학식 1과 같이 계산된다.
여기서, p(i, j)는 원 영상 데이터의 (i, j)의 위치에 존재하는 화소 값을 나타내며, pred(i, j)는 도 3과 같이 p(i, j) 주위에 있는 8개의 화소값을 이용하여 계산된 p(i, j)에 대한 예측값을 나타낸다. M과 N은 원 영상 데이터의 수평 및 수직 방향의 크기를 나타내며, ai는 p(i, j)의 예측값을 구하기 위한 가중치를 나타낸다.
그리고, 움직임 보상 영상 예측 오차 계산기(202)는 움직임 보상된 영상 데이터에 존재하는 공간 영역에서의 중복되는 데이터 양을 추정하기 위해 공간 영역에서의 예측 오차를 계산한 뒤, 계산된 예측 오차를 Inter/Intra 모드 판정기(203)로 출력한다(S402). 이때, 움직임 보상된 영상 데이터에 대한 공간 영역에서의 예측 오차 역식 수학식 1과 같이 계산된다.
원 영상 데이터 및 움직임 보상된 영상 데이터에 대한 예측 오차가 계산되면 원 영상 데이터 또는 움직임 보상된 영상 데이터 중에서 공간 영역 데이터의 중복성이 많은 데이터를 선택적으로 부호화 하도록 Inter/Intra 모드 판정기(203)는 예측 오차 계산기(201, 202)들로부터 원 영상 데이터에 대한 공간 영역에서의 예측 오차(Err_Orig) 및 움직임 보상된 영상 데이터에 대한 공간 영역에서의 예측 오차(Err_MCed)를 각각 입력 받아 이를 비교하여 예측 오차가 작은 모드로 판정한 뒤, 모드 판정 신호를 외부로 출력한다(S403∼S405).
자세하게는 원 영상 데이터에 대한 공간 영역에서의 예측 오차(Err_Orig)가 움직임 보상된 영상 데이터에 대한 공간 영역에서의 예측 오차(Err_MCed)에서 쓰레솔드값(Threshold, 영상의 특성에 따라 주어지는 상수값)을 뺀 값(Err_Mced - Threshold)보다 작은지 검사한다(S403).
그 결과 Err_Orig가 Err_Mced - Threshold보다 작은 경우에는 INTRA_MODE로 판정하고(S404), 그렇지 않은 경우에는 INTER_MODE로 판정한다(S405).
상술한 바와 같은 본 발명은 적은 연산량으로 계산될 수 있는 공간 영역에서의 예측 오차를 이용하여 원 영상 데이터 및 움직임 보상된 영상 데이터에 대해 공간 영역에서 중복되는 데이터의 양을 정확히 계산한 뒤, 원 영상 데이터 또는 움직임 보상된 영상 데이터 중에서 공간 영역 데이터의 중복성이 많은 데이터를 선택적으로 부호화 하도록 함으로써 영상 부호화 시스템의 부호화 성능을 향상 시킬 수 있는 장점이 있다.
이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (4)

  1. 영상 부호화 시스템의 Inter/Intra 모드 판정 장치에 있어서,
    원 영상 데이터에 존재하는 공간 영역에서의 중복되는 데이터 양을 추정하기 위해 공간 영역에서의 예측 오차를 계산하는 원 영상 예측 오차 계산기;
    움직임 보상된 영상 데이터에 존재하는 공간 영역에서의 중복되는 데이터 양을 추정하기 위해 공간 영역에서의 예측 오차를 계산하는 움직임 보상 영상 예측 오차 계산기; 및
    상기 원 영상/움직임 보상 영상 예측 오차 계산기들로부터 원 영상 데이터에 대한 공간 영역에서의 예측 오차(Err_Orig) 및 움직임 보상된 영상 데이터에 대한 공간 영역에서의 예측 오차(Err_MCed)를 각각 입력 받아 이를 비교하여 모드 판정 신호를 출력하는 Inter/Intra 모드 판정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 시공간 영역 특성을 이용한 Inter/Intra 모드 판정 장치.
  2. 시공간 영역 특성을 이용한 Inter/Intra 모드 판정 방식에 있어서,
    원 영상 및 움직임 보상된 데이터에 대해 공간 영역에서의 예측 오차를 계산하는 제1단계와;
    상기 제1단계에서 계산된 원 영상 데이터에 대한 공간 영역에서의 예측 오차와 움직임 보상된 데이터에 대한 공간 영역에서의 예측 오차를 이용하여 원 영상데이터 또는 움직임 보상된 영상 데이터 중에서 공간 영역 데이터의 중복성이 많은 데이터를 선택적으로 부호화 하도록 Inter/Intra 모드를 판정하는 제2단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시공간 영역 특성을 이용한 Inter/Intra 모드 판정 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1단계는,
    원 영상 및 움직임 보상된 데이터에 대해 공간 영역에서의 예측 오차를 영상 데이터의 모든 화소에 대하여 그 주위에 있는 8개의 화소값을 이용하여 계산된 해당 화소의 예측값에서 영상 데이터의 해당 화소값을 뺀 절대값의 합하여 구하는 것을 특징으로 하는 시공간 영역 특성을 이용한 Inter/Intra 모드 판정 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제2단계는,
    원 영상 데이터에 대한 공간 영역에서의 예측 오차(Err_Orig)가 움직임 보상된 영상 데이터에 대한 공간 영역에서의 예측 오차(Err_MCed)에서 쓰레솔드값(Threshold, 영상의 특성에 따라 주어지는 상수값)을 뺀 값(Err_Mced - Threshold)보다 작은지 검사하여,
    Err_Orig가 Err_Mced - Threshold보다 작은 경우에는 INTRA_MODE로 판정하고그렇지 않으면 INTER_MODE로 판정하는 것을 특징으로 하는 시공간 영역 특성을 이용한 Inter/Intra 모드 판정 방법.
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