KR20010071519A - 제1 해상도를 가지는 인코딩된 이미지를 제2 해상도를가지는 이미지로 직접 디코딩하는 방법 및 장치 - Google Patents

제1 해상도를 가지는 인코딩된 이미지를 제2 해상도를가지는 이미지로 직접 디코딩하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 이미지 프로세싱 회로는 이미지의 제1 버전의 인코딩된 부분을 수신하는 프로세서를 포함한다. 프로세서는 이 인코딩된 부분을 제1 버전과 상이한 해상도를 가지는 이미지의 제2 버전으로 직접 디코딩한다. 이러한 이미지 프로세싱 회로는 이미지의 인코딩된 고해상도 버전을 이미지의 디코딩된 저해상도 버전으로 직접 디코딩할 수 있다. 선택적으로, 이미지 프로세싱 회로는 제1 이미지의 일부와 연관된 모션 벡터를 변경하는 프로세서를 포함한다. 이 프로세서는 변경된 모션 벡터가 가리키는 제2 이미지의 부분을 식별하는데 제2 이미지는 제1 이미지의 제1 버전과 상이한 해상도를 가진다. 다음으로 프로세서는 제2 이미지의 식별된 부분으로부터 제1 이미지의 제2 버전의 일부를 발생시키는데 제1 이미지의 제2 버전은 제2 이미지와 동일한 해상도를 가진다.

Description

제1 해상도를 가지는 인코딩된 이미지를 제2 해상도를 가지는 이미지로 직접 디코딩하는 방법 및 장치 {DECODING AN ENCODED IMAGE HAVING A FIRST RESOLUTION DIRECTLY INTO A DECODED IMAGE HAVING A SECOND RESOLUTION}
때로는 전자 이미지의 해상도를 변경시키는 것이 바람직할 경우가 있다. 예를 들어, 텔레비전 수상기 또는 컴퓨터 모니터 같은 전자 디스플레이 장치는 최대 디스플레이 해상도를 가진다. 따라서, 어떤 이미지가 디스플레이 장치의 최대 디스플레이 해상도보다 높은 해상도를 가지는 경우에, 그 이미지의 해상도를 장치의 최대 해상도보다 낮거나 동일한 해상도로 다운 변환시킬 필요가 있을 수 있다. 설명을 간략히 하기 위하여, 이하에서는 이와 같은 과정을 이미지의 고해상도 버전의 동일 이미지의 저해상도 버전으로의 다운 변환(down-converting)이라 부르기로 한다.
도1은 하나의 이미지의 고해상도 버전(10) 및 동일 이미지의 저해상도 버전(12)의 화소 다이어그램이다. 고해상도 버전(10)은 n개 화소 폭과 t개 화소 높이를 가지고, 따라서 n x t개의 화소 (P0,0∼ Pt,n)로 이루어진다. 그러나 만일 디스플레이 장치(도시되지 않음)가 [n x g] 화소 폭과 [t x h] 화소 높이(g 및 h는 1보다 작음)를 가지는 경우에는 디스플레이 목적상 전형적으로 고해상도 버전(10)을 디스플레이 장치의 최대 해상도보다 낮거나 동일한 저해상도 버전(12)으로 변환한다. 따라서, 이미지를 가능한 최대의 해상도로 디스플레이 장치에 디스플레이시키기 위하여 저해상도 이미지 버전은 (n x g) x (t x h) 화소(P0,0∼P(t x h),(n x g))를 가진다. 예를 들어, 고해상도 버전(10)이 n = 1920 화소 폭과 t = 1088 화소 높이를 가진다고 가정한다. 또한, 디스플레이 장치는 n x g = 720 화소 폭과 t x h = 544 화소 높이를 가진다고 가정한다. 따라서, 저해상도 버전(12)은 고해상도 버전(10)의 수평해상도의 g = 3/8에 해당하는 최대 수평해상도를 가지고 고해상도 버전(10)의 수직해상도의 h = 1/2에 해당하는 최대 수직해상도를 가진다.
도2를 참조하면, 도1의 고해상도 버전(10)과 같은 이미지의 많은 버전들은 이들이 전송되거나 저장되기 전에 종래의 블록 단위(block-based) 압축 기법을 사용하여 인코딩된다. 따라서, 이러한 이미지 버전에 대하여는 도1과 관련하여 설명된 해상도 감소가 종종 블록 단위로 실행된다. 특히, 도2는 도1과 관련하여 설명된 g = 3/8 및 h = 1/2인 경우의 블록 레벨의 다운 변환의 예를 보여준다. 도1의 고해상도 버전(10)의 이미지 블록(14)은 8 화소 폭 및 8 화소 높이를 가지고, 저해상도 버전(12)의 이미지 블록(16)은 8 x 3/8 = 3 화소 폭 및 8 x 1/2 = 4 화소 높이를 가진다. 이미지 블록(16)의 화소들은 종종 부표본화 된(sub-sampled) 화소라 불리우고, 이들은 저해상도 버전(12)의 블록(16) 내부 및 도시되지 않은 인접 블록과의 경계에 걸쳐 균등하게 이격되어 있다. 예를 들어, 블록(16)에서 부표본화 된 화소 P0,2는 화소 P0,1로부터 화소 P0,1이 블록(16)의 바로 우측의 블록(도시되지 않음) 내의 화소 P0,0로부터 이격된 거리와 동일한 거리만큼 이격되어 있다. 동일하게, 화소 P3,0는 화소 P2,0로부터 화소 P2,0이 블록(16)의 바로 아래의 블록(도시되지 않음) 내의 화소 P0,0로부터 이격된 거리만큼 이격되어 있다.
불행히도 인코딩된 이미지의 고해상도 버전을 디코딩된 이미지의 저해상도 버전으로 디코딩하는 알고리즘이 효과적이지 못하지 때문에 이러한 알고리즘을 실행하는 이미지 프로세싱 회로는 상대적으로 전력 소비가 큰 프로세서 및 메모리를 요구하여 종종 비용이 상대적으로 높아지는 문제가 있다.
예를 들어 미합중국 특허 제5,262,854호는 인코딩된 이미지의 고해상도 버전을 원래 해상도를 유지하며 디코딩하고 디코딩된 고해상도 버전을 디코딩된 저해상도 버전으로 다운 변환하는 알고리즘을 제시하고 있다. 이 경우에, 실제로는 디코딩된 저해상도 버전만이 디스플레이되기 때문에 디코딩된 고해상도 버전을 발생시키는 과정은 불필요하고 낭비적인 단계가 된다.
또한, 전술한 바와 같이 디코딩되고 다운 변환되는 인코딩된 비디오 이미지에 대한 모션 보상(motion-compensation) 알고리즘이 종종 비효율적이고 이러한 비효율성이 프로세싱 파워 및 메모리 요구를 증대시키고 결국 이미지 프로세싱 회로의 비용을 높인다. 예를 들어, 미합중국 특허 제5,262,854호는 다음과 같은 방법을 제시한다. 우선, 기준 프레임의 저해상도 버전이 기준 프레임의 고해상도 버전으로부터 발생되어 기준 프레임 버퍼 내에 저장된다. 이어서, 기준 프레임의 매크로 블록을 지시하는 모션 벡터를 가지는 모션 보상된 프레임의 인코딩된 고해상도 버전이 해상도를 유지하며 디코딩된다. 그러나 기준 프레임의 고해상도 버전에 대하여 발생된 모션 벡터는 기준 프레임의 저해상도 버전에 대하여 호환성이 없다. 따라서, 프로세싱 회로는 기준 프레임의 저해상도 버전의 지시된 매크로 블록을 모션 벡터와 호환성이 있는 고해상도 매크로 블록으로 업 변환(up-convert)한다. 이러한 업 변환을 실행하기 위하여 프로세싱 회로는 보간법을 사용한다. 이어서, 프로세싱 회로는 레시듀얼(residuals)과 고해상도 매크로 블록을 결합하여 모션 보상된 프레임의 디코딩된 매크로 블록을 발생시킨다. 그리고, 모션 보상된 프레임 전체가 모션 보상된 프레임의 고해상도 버전으로 디코딩된 후에 프로세싱 회로는 디코딩된 고해상도 버전을 디코딩된 저해상도 버전으로 다운 변환한다. 따라서, 기준 매크로 블록이 저장 및 디스플레이를 위하여 다운 변환되고, 모션 보상을 위해서는 다시 업 변환되어야 하므로 이 방법은 매우 비효율적이다.
불행하게도, 전술한 다운 변환 및 모션 보상 기법을 실행하는 이미지 프로세싱 회로는 많은 소비자 제품에 사용되기에는 너무 고가일 수 있다. 예를 들어 고해상도 TV(HDTV)가 도래함에 따라, 많은 소비자는 그들의 표준형 TV 수상기를 HDTV 수상기로 대체할 경제적 여유가 없을 것으로 예상된다. 따라서, HDTV의 비디오 프레임을 표준형 텔레비전에 디스플레이하기 위하여 이들을 표준 해상도 비디오 프레임으로 다운 변환하는 HDTV 디코더의 수요가 클 것으로 예상된다. 그러나 이러한 디코더가 전술한 바와 같이 고가의 이미지 프로세싱 회로를 사용한다면 HDTV 수상기를 구입할 수 없는 수요자는 HDTV 디코더 역시 구입할 수 없을 것이다.
종래의 이미지 압축 기법의 개관
이하에서는 본 명세서에서 설명되는 개념들의 이해를 돕기 위하여 종래의 이미지 압축 기법을 개략적으로 설명한다.
상대적으로 낮은 밴드폭 채널을 통하여 상대적으로 높은 해상도의 이미지를 전송하거나, 그러한 이미지를 상대적으로 작은 메모리 공간에 저장하기 위해서는 이미지를 나타내는 디지털 데이터를 압축하여야 하는 경우가 종종 있다. 그러한 이미지 압축은 통상 이미지를 표현하기 위하여 필요한 데이터 비트의 수를 감소시키는 과정을 포함한다. 예를 들어, HDTV 비디오 이미지는 기존의 텔레비전 채널로 전송될 수 있도록 압축된다. 압축을 하지 않은 상태의 HDTV 비디오 이미지는 기존의 텔레비전 채널의 밴드 폭 보다 훨씬 큰 밴드 폭을 가지는 전송 채널을 필요로 한다. 또한, 데이터 소통량과 전송 시간을 허용 가능한 수준으로 낮추기 위하여 인터넷을 통하여 전송하기 이전에 이미지가 압축될 수 있다. 또한, CD-ROM 또는서버의 이미지 저장 용량을 증대시키기 위하여 저장 전에 이미지가 압축될 수 있다.
도3A∼도9를 참조하여 널리 사용되는 MPEG-1 및 MPEG-2를 포함한 블록 기반의 MPEG(Moving Pictures Experts Group) 압축 표준의 기초를 설명한다. 설명의 목적상 Y, CB, CR색 공간 내에서 표현된 비디오 이미지를 압축하기 위하여 MPEG 4:2:0 포맷을 사용하는 경우를 예로 하여 설명한다. 그러나, 이하에서 설명되는 개념은 다른 MPEG 포맷 및 다른 색 공간에서 표현된 이미지에 대하여 적용될 수 있고, 예를 들어 정지 이미지를 압축하기 위하여 종종 사용되는 다른 블록 기반 압축 표준인 JPEG(Joint Photographic Experts Group) 표준에 대하여도 적용될 수 있다. 본 명세서에서 설명의 간략성을 위하여 MPEG 표준 및 Y, CB, CR색 공간에 대한 많은 구체적 내용이 생략되었으나, 이러한 내용은 이미 주지되어 있거나 입수 가능한 많은 수의 참고자료에 기재되어 있다.
도3A∼도9를 참조하면, MPEG 표준은 텔레비전 방송에서 보는 바와 같이 이미지(설명의 목적상 비디오 프레임)의 임시적 시퀀스를 압축하기 위하여 종종 사용된다. 각 비디오 프레임은 매크로 블록이라 부르는 하나 이상의 화소를 포함하는 서브 영역으로 분할된다. 도3A는 256 화소(32)를 포함(스케일대로 도시되지 않음)하는 16 x 16 화소 매크로 블록(30)을 도시한다. 다른 압축 표준에서는 다른 형태의 매크로 블록을 사용할 수도 있으나, MPEG 표준에서는 매크로 블록은 항상 16 x 16 화소로 구성된다. 원래의 비디오 프레임, 즉 압축 전의 프레임에서 각 화소(32)는휘도 값(luminance value) Y 및 색차 쌍(pair of color difference values) CB및 CR를 가진다.
프레임을 압축하기 이전에 디지털 휘도(Y) 및 압축에 사용되는, 다시 말해 압축 이전의 색차 값들(CB및 CR)이 원래 프레임의 Y, CB, 및 CR값들을 이용하여 생성된다. MPEG 4:2:0 포맷에서 압축 전의 Y 값은 원래의 Y 값과 동일하다. 그리하여 각 화소(32)는 원래의 휘도 값 Y를 유지한다. 그러나 압축될 데이터의 양을 줄이기 위하여 MPEG 4:2:0 포맷은 4개의 화소(32)로 구성되는 각 그룹(34)마다 하나의 압축 전 CB값과 하나의 압축 전 CR값만을 허용한다. 이러한 압축 전의 CB 및 CR값들은 각각 해당 그룹(34) 내의 4개 화소들(32)의 원래 CB및 CR값들로부터 유도된다. 예를 들어, 하나의 압축 전 CB값은 해당 그룹(34) 내의 4개의 화소(32)의 원래 CB값들의 평균치와 동일할 수 있다. 그리하여, 도3B∼3D에 도시된 바와 같이 매크로 블록(10)에 대하여 생성된 압축 전의 Y, CB, 및 CR값들은 압축 전 Y 값(각각의 화소의 원래의 Y 값과 동일함)의 하나의16 x 16 행렬(6), 압축 전 CB값(4개의 화소의 각 그룹(34)에 대하여 유도된 하나의 CB값과 동일함)의 하나의 8 x 8 행렬(38) 및 압축 전 CR값(4개의 화소의 각 그룹(34)에 대하여 유도된 하나의 CR값과 동일함)의 하나의 8 x 8 행렬(40)로 배열된다. 행렬들(36, 38 및 40)은 종종 값들의 블록이라 부른다. 또한, 16 x 16 블록 대신에 8 x 8 블록의 화소 값의 압축 변환을 실행하는 것이 편리하기 때문에 압축 전 Y 값의 블록(36)이 4개의 8 x 8 블록들(42a∼42d)로 분할되는데, 이들은 각각 매크로 블록(30) 내의 8 x 8 화소 블록들 A∼D 에 대응한다. 그리하여, 도 3A∼3D를 참조하면, 6개의 압축 전 화소 데이터의 8 x 8 블록들이 각 매크로 블록(30)에 대하여 생성되고, 4개의 압축 전 Y 값의 8 x 8 블록들(42a∼42d), 하나의 압축 전 CB값의 8 x 8 블록(38), 및 하나의 압축 전 CR 값의 8 x 8 블록(40)이 생성된다.
도4는 통상 인코더라 불리는 MPEG 압축기(50)의 블록도이다. 일반적으로, 인코더(50)는 프레임 또는 프레임 시퀀스의 압축 전 데이터를 압축 전 데이터보다 훨씬 적은 수의 데이터 비트로 동일한 프레임 또는 프레임들을 표현하는 인코딩된 데이터로 변환한다. 이러한 변환을 실행하기 위하여, 인코더(50)는 압축 전 데이터의 중복성(redundancies)을 감소시키거나 제거하고 효율적인 변환 및 코딩 기법을 사용하여 남은 데이터를 재포맷시킨다.
인코더(50)는 하나 또는 하나 이상의 프레임 시퀀스의 압축 전 데이터를 수신하여 인코딩을 위하여 적절한 시퀀스로 프레임들을 재배열하는 프레임 재배열 버퍼(52)를 포함한다. 그리하여 재배열된 시퀀스는 종종 프레임들이 생성되거나 디스플레이되는 시퀀스와 상이하게 된다. 인코더(50)는 저장된 각 프레임들을 GOP (Group of Pictures)라 부르는 그룹에 저장하고, 각각의 프레임을 인트라 프레임(intra frame; 이하에서 I 프레임이라 함) 또는 논-인트라 프레임(non-I 프레임)으로 표시한다. 예를 들어, 각 GOP는 전체 15 프레임에 대하여 3개의 I 프레임과 12개의 non-I 프레임을 포함할 수 있다. 인코더(50)는 항상 I 프레임을 다른 프레임을 참조하지 아니하고 인코딩 하나, non-I 프레임은 GOP 내의 하나 또는 하나 이상의 다른 프레임을 참조하여 인코딩할 수 있고 그렇게 하는 경우가 종종 있다. 그러나 인코더(50)는 non-I 프레임을 상이한 GOP 내의 프레임을 참조하여 인코딩하지 않는다.
도 4 및 도 5를 참조하면, I 프레임을 인코딩하는 동안, 그 I 프레임을 표현하는 압축 전 Y, CB, 및 CR값들의 8 x 8 블록들(도 3B∼3D)이 합산기(54)를 통과하여 이산 코사인 변환기(DCT, 54)로 전달된다. DCT(56)은 이들 값들의 블록을 하나의 DC(제로 주파수) 변환값 및 63개의 AC(주파수가 0이 아닌) 변환값들의 8 x 8 블록으로 변환한다. 도 5는 도 3B의 블록(36) 내의 압축 전 휘도 화소 값 Y(0, 0)a- Y(7, 7)a에 대응하는 휘도 변환 값 Y-DCT(0, 0)a- Y-DCT(7, 7)a의 블록(57)을 도시한다. 따라서, 블록(57)은 블록(36)의 휘도 화소 값 Y와 동일한 수의 휘도 변환값 Y-DCT를 가진다. 동일한 방식으로 색 변환 값 CB-DCT 및 CR-DCT(도시되지 않음)의 블록들은 블록(38 및 40) 내의 색 화소 값에 대응한다. 또한, 압축 전 Y, CB, 및 CR값들은 어떠한 다른 값들과도 합산되지 않고 합산기(54)를 통과하는데, 이는 인코더가 I 프레임을 인코딩할 때에 합산기(54)가 필요하지 않기 때문이다. 그러나, 후술하는 바와 같이 인코더가 non-I 프레임을 인코딩할 때에는 종종 합산기(54)가 필요하다.
도 4 및 6을 참조하면, 양자화기 및 지그재그 스캐너(58)는 DCT(56)로부터 수신되는 각각의 변환값들을 소정의 최대값으로 제한하여, 양자화된 AC 및 DC 변환값들을 경로(60 및 62)로 제공한다. 도 6은 양자화기 및 지그재그 스캐너(58)가 구현될 수 있는 지그재그 스캐닝 패턴(63)의 예를 도시한다. 특히, 양자화기 및 스캐너(58)는 (도 5의 변환 블록(57)과 같은) 변환 블록 내의 변환값들을 지시된 순서로 독출한다. 그리고, 양자화기 및 스캐너(58)는 "0" 위치 변환값을 우선 독출하고, "1" 위치의 변환값을 두번째로, "2" 위치의 변환값을 세번째로 독출하는 방식으로 마지막 "63" 위치까지 변환값들을 독출한다. 양자화기 및 지그재그 스캐너(58)는 알려진 바와 같이 코딩 효율을 높이기 변환값들을 지그재그 패턴으로 독출한다. 물론, 코딩 기법과 인코딩되는 이미지의 유형에 따라, 양자화기 및 지그재그 스캐너(58)는 다른 스캐닝 패턴을 사용할 수도 있다.
도 4를 참조하면, 예측 인코더(64)는 DC 변환값들을 예측적으로 인코딩하고, 가변 길이 코더(66)는 양자화된 AC 변환값들과 예측적으로 인코딩된 DC 변환값들을 허프만(Huffman) 코드와 같은 가변 길이 코드로 변환한다. 이러한 코드들은 인코딩된 I 프레임의 화소값을 표현하는 인코딩된 데이터를 형성한다. 그러면 전송 버퍼(68)는 이러한 코드를 일시적으로 저장하여 인코딩된 데이터를 (도 8과 관련하여 후술하는) 디코더로 동기화 전송이 가능하도록 한다. 인코딩된 데이터가 전송되는 대신 저장되는 경우에는, 코더(66)는 선택적으로 가변길이 코드를 CD-ROM과 같은 저장 매체에 직접 제공할 수도 있다.
I 프레임이 GOP 내의 하나 또는 하나 이상의 non-I 프레임의 기준으로 사용되는 경우에는 후술하는 이유로 인코더(50)는 디코더(도 8)가 사용하는 디코딩 기법과 동일하거나 유사한 디코딩 기법을 사용하여 인코딩된 I 프레임을 디코딩하여 대응하는 기준 프레임을 발생시킨다. I 프레임을 참조하는 non-I 프레임을 디코딩할 때, 디코더는 디코딩된 I 프레임을 기준 프레임으로 사용할 수밖에 없다. MPEG 인코딩 및 디코딩 과정은 어떠한 정보가 AC 및 DC 변환값의 양자화에 의하여 손실되는 등 데이터 손실을 유발하기 때문에 디코딩된 I 프레임의 화소값들은 종종 원래의 I 프레임의 압축 전 화소 값들과 다를 수 있다. 따라서, 인코딩 과정에서 압축 전 I 프레임을 기준 프레임으로 사용하면 디코딩에 사용된 기준 프레임(디코딩된 I 프레임)이 인코딩에 사용된 기준 프레임(압축 전 I 프레임)과 다르기 때문에 디코딩된 non-I 프레임에 추가의 인위적 오차를 유발시킬 수 있다.
따라서, 디코더의 기준 프레임과 유사하거나 동일한 인코더의 기준 프레임을 발생시키기 위하여, 인코더(50)는 탈양자화기, 역 지그재그 스캐너 및 역 DCT(72)를 포함하는데, 이들은 디코더(도 8)의 탈양자화기, 역 지그재그 스캐너 및 역 DCT를 본떠서 설계된다. 탈양자화기 및 역 스캐너(70)는 DCT 값들이 해당 디코딩된 변환 블록 내에 적절히 위치하도록 양자화기(59)에 의하여 실행된 지그재그 스캐닝 경로의 역 경로를 우선 실행한다. 다음에, 탈양자화기 및 역 스캐너(70)는 양자화된 DCT 값들을 탈양자화하고, 역 DCT(72)는 이러한 탈양자화된 DCT 값들을 디코딩된 Y, CB, 및 CR화소값들의 대응하는 8 x 8 블록들로 변환하는데, 이들은 함께 기준 프레임을 구성한다. 그러나, 양자화 과정 중 손실이 발생하기 때문에 이러한디코딩된 화소값들의 일부 또는 전부가 그들이 대응하는 압축 전 화소값들과 상이할 수 있고, 따라서 기준 프레임은 전술한 바와 같이 그것이 대응하는 압축 전 프레임과 상이할 수 있다. 그리고 디코딩된 화소값들은 합산기(74) (합산기는 후술하는 바와 같이 non-I 프레임으로부터 기준 프레임을 생성시키기 위하여 사용됨)를 통과하여 기준 프레임을 저장하는 기준 프레임 버퍼(76)로 전달된다.
Non-I 프레임의 인코딩 과정 동안 인코더(50)는 초기에는 non-I 프레임의 각각의 매크로 블록을 최소한 두 가지 방법으로 인코딩하는데, 하나의 방법은 I 프레임에 관하여 전술한 방법이고 다른 하나는 후술하는 모션 예측을 이용하는 방법이다. 그리고 인코더(50)는 최소 수의 비트를 가지는 결과 코드를 저장하고 전송한다. 이러한 기법은 non-I 프레임의 매크로 블록이 최소 비트를 사용하여 인코딩되도록 보장한다.
모션 예측 기법에서 프레임 내의 물체는 선행하거나 후속하는 프레임 내에서의 상대적 위치가 변화하면 이동하는 것으로 보인다. 예를 들어, 말이 스크린을 가로질러 구보를 하면 말이 상대적 이동을 하는 것으로 보여진다. 또는, 카메라가 말을 뒤따르면 배경이 말에 대하여 상대적 이동을 하는 것으로 보인다. 일반적으로, 물체가 나타난 각 연속 프레임은 선행하는 프레임과 최소한 얼마간의 동일한 매크로 블록을 포함한다. 그러나 연속되는 프레임 내의 매칭되는 매크로 블록들은 그들이 선행 프레임들에서 차지하였던 프레임 위치와 다른 프레임 위치를 점하는 경우가 종종 있다. 또는 정지 물체(예, 나무) 또는 배경(예, 하늘)의 일부를 포함하는 매크로 블록이 후속하는 프레임 내에서 동일한 위치를 가져서 정지한 것으로보일 수 있다. 어느 경우이든 각 프레임을 독립적으로 인코딩하는 대신에 디코더에 "프레임 1(non-I 프레임)의 매크로 블록 R 및 Z가 각각 프레임 0(기준 프레임)의 위치 S 및 T에 있는 매크로 블록과 동일하다"라고 알려주는 것이 적은 수의 데이터 비트를 사용하게 된다. 이러한 "진술(statement)"은 모션 벡터로서 인코딩된다. 상대적으로 빠르게 움직이는 물체의 경우에 모션 벡터의 위치 값들이 상대적으로 크다. 역으로, 정지하거나 상대적으로 느리게 움직이는 물체 또는 배경의 경우에 모션 벡터의 위치 값들이 상대적으로 작거나 0이다.
도 7은 전술한 non-I 프레임1 및 기준 프레임 0에 대한 모션 벡터의 개념을 보여준다. 모션 벡터 MVR은 프레임 1의 위치 R의 매크로 블록에 매칭되는 매크로 블록이 기준 프레임 0의 위치 S에서 찾을 수 있음을 나타낸다. MVR은 세 가지 성분을 가진다. (제1 성분, 즉 0은 매칭되는 매크로 블록이 프레임 0에서 찾을 수 있다는 것을 나타내고, 다음 두 성분 XR및 YR은 공히 매칭되는 매크로 블록이 프레임 0의 어디에 위치하는지를 나타내는 2차원 위치 값을 포함한다. 이 예에서, 프레임 0의 위치 S가 프레임 1의 위치 R과 동일한 X-Y 좌표를 가지므로 XR=YR=0이 된다. 한편 위치 T의 매크로 블록은 위치 T와 상이한 X-Y 좌표를 가지는 위치 Z 의 매크로 블록과 일치한다. 따라서, XZ및 YZ는 위치 Z에 대한 위치 T를 나타낸다. 예를 들어, 위치 T가 위치 Z에 대하여 10 화소 좌측(음 X 방향)이고 7 화소 아래(음 Y 방향)이면 MVZ=(0, -10, -7)이 된다. 이 밖에도 많은 수의 다른 모션 벡터 형태가 있으나, 이들은 모두 동일한 일반 개념에 기초하고 있다. 예를 들어, 위치 R은 양방향으로(bidirectionally) 인코딩될 수 있다. 즉, 위치 R은 선행 및 후속하는 두개의 상이한 프레임의 각 매칭되는 위치를 지시하는 두개의 모션 벡터를 포함할 수 있다. 디코딩 과정 중 이러한 매칭되는 위치들의 화소 값들은 평균되거나 다른 방법으로 결합되어 그 위치의 화소 값들을 계산하기 위하여 사용된다.
다시 도 4를 참조하여, 모션 예측 기법이 상세히 설명된다. Non-I 프레임의 인코딩 과정 중, 모션 예측기(78)는 non-I 프레임의 매크로 블록의 압축 전 Y 값들을 (CB및 CR값들은 모션 예측에 사용되지 않음) 기준 I 프레임 내의 해당 매크로 블록의 디코딩된 Y 값들과 비교하고, 매칭되는 매크로 블록을 식별한다. 매칭되는 매크로 블록이 발견된 non-I 프레임 내의 각 매크로 블록에 대하여, 모션 예측기(78)는 기준 프레임 및 기준 프레임 내의 매칭되는 매크로 블록의 위치를 나타내는 모션 벡터를 발생시킨다. 도 8과 관련하여 후술하는 바와 같이, non-I 프레임의 이러한 모션 인코딩된 매크로 블록을 디코딩하는 과정에서 디코더는 기준 프레임 내의 매칭되는 매크로 블록으로부터 모션 인코딩된 매크로 블록의 화소 값들을 얻기 위하여 모션 벡터를 사용한다. 예측 인코더(64)는 예측적으로 모션 벡터를 인코딩하고, 코더(66)는 인코딩된 모션 벡터를 위한 코드를 발생시키고 이들 코드를 전송 버퍼(48)에 제공한다.
또한, non-I 프레임 내의 매크로 블록과 기준 I 프레임 내의 매칭되는 매크로 블록이 종종 유사하나 동일하지는 않기 때문에 인코더(50)는 이러한 차이를 모션 벡터와 함께 인코딩하여 디코더가 이러한 차이를 처리할 수 있도록 한다. 모션 예측기(78)는 기준 프레임의 매칭되는 매크로 블록의 디코딩된 Y 값들을 합산기(54)에 제공하는데, 합산기는 화소 단위로 이들 Y 값들을 non-I 프레임의 매칭되는 매크로 블록의 압축 전 Y 값들에서 효과적으로 감산한다. 레시듀얼(residuals)이라 불리는 이러한 차이들은 8 x 8 블록으로 배열되어 전술한 바와 유사한 방식으로 DCT(56), 양자화기 및 스캐너(58), 코더(66) 및 버퍼(68)에 의하여 처리되는데, 다만 이 경우에는 레시듀얼 블록들의 양자화된 DC 변환값들이 라인(60)을 통하여 코더(66)에 직접 결합되고 예측 인코더(44)에 의하여 예측적으로 인코딩되지 않는 점에서 차이가 있다.
또한 non-I 프레임을 기준 프레임으로 사용할 수도 있다. Non-I 프레임이 기준 프레임으로 사용되는 경우, 양자화기 및 지그재그 스캐너(58)로부터의 양자화된 레시듀얼은 각각 탈양자화기 및 역스캐너(70) 및 역 DCT(72)에 의하여 탈양자화, 재배열 및 역변환 되어, 전술한 이유와 같이 이 non-I 기준 프레임이 디코더에 의하여 사용된 기준 프레임과 동일해 지도록 한다. 모션 예측기(78)는 레시듀얼이 발생된 기준 프레임의 디코딩된 Y 값들을 합산기(74)에 제공한다. 합산기(74)는 역 DCT(72)로부터의 레시듀얼을 이러한 기준 프레임의 디코딩된 Y 값들에 합산하여 non-I 기준 프레임의 Y 값들을 발생시킨다.
회로(58 및 70)는 각각 지그재그 및 역지그재그 스캐닝을 실행하는 것으로 설명하였으나, 다른 회로가 지그재그 스캐닝을 실행할 수 있고 역지그재그 스캐닝은 생략될 수 있다. 예를 들어, 코더(66)는 지그재그 스캐닝을 실행할 수 있고,회로(58)는 양자화만을 실행할 수 있다. 지그재그 스캐닝이 기준 프레임 루프의 외부에 있으므로, 탈양자화기(70)는 역지그재그 스캐닝을 생략할 수 있다. 이는 프로세싱 전력과 시간을 절약시킨다.
도 4를 참조하면, 인코더(50)는 또한 통상 인코딩된 프레임 데이터를 고정된 전송률로 전송하는 전송 버퍼(68)가 오버플로우 또는 언더플로우 되지 않도록 제어하는 전송률 제어기(rate controller; 80)를 포함한다. 예를 들어, 버퍼(68)가 오버플로우 되면 코더(66)로부터의 데이터가 유실된다. 그리하여, 전송률 제어기(80)는 전송 버퍼(68)의 충전도에 기초하여 양자화기/스캐너(58)에 의하여 사용되는 양자화 스케일 팩터들을 조정하기 위하여 피드백을 사용한다. 버퍼(68)가 채워질수록 제어기(80)는 스케일 팩터를 더 크게 하고, 코더(66)는 보다 적은 수의 데이터 비트를 발생시킨다. 한편, 버퍼(68)가 빌수록 제어기(80)는 스케일 팩터를 더 작게 하고, 코더(66)는 보다 많은 수의 데이터 비트를 발생시킨다. 이러한 연속적 조정 동작은 버퍼(68)가 오버플로우나 언더플로우가 되지 않도록 한다.
도 8은 통산 디코더라 불리고 도 4의 인코더(60)에 의하여 인코딩된 프레임들을 디코딩할 수 있는, 종래의 MPEG 압축 해제기(82)의 블록도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, I 프레임 및 모션 예측되지 않는 non-I 프레임들에 대하여, 가변 길이 디코더(84)는 인코더(50)로부터 수신된 가변 길이 코드를 디코딩한다. 예측 디코더(86)는 예측적으로 디코딩된 DC 변환값들을 디코딩하고, 도 4의 탈양자화기 및 역지그재그 스캐너(70)와 유사하거나 동일한 탈양자화 및 역지그재그 스캐너(87)는 디코딩된 AC 및 DC 변환값들을 탈양자화 및 재배열한다. 선택적으로 디코더(84)와 같은 다른 회로가 역지그재그 스캐닝을 실행할 수도 있다. 도 4의 역 DCT(72)와 유사하거나 동일한 역 DCT(88)은 탈양자화된 변환값들을 화소값으로 변환한다. 예를 들어, 도 9는 각각 도 5의 블록(57)의 휘도 변환값 Y-DCT 및 도 3B의 블록(42a)의 압축 전 휘도 화소값 Ya에 대응하는 휘도 역변환값 Y-IDCT(즉, 디코딩된 휘도 화소값)의 블록(89)을 도시한다. 그러나 도 4의 인코더(50)에 의하여 실행되는 양자화 및 탈양자화에 의한 손실 때문에 블록(89)의 디코딩된 화소값들은 블록(42a)의 화소값들과 종종 상이하다.
도8을 계속 참조하면, 역 DCT(88)로부터의 디코딩된 화소값들은 합산기(90)를 통과하여 프레임 재배열 버퍼(92)로 전달되는데, 합산기는 후술하는 바와 같이 non-I 프레임의 모션 예측 매크로 블록의 디코딩 과정 동안 사용되고 프레임 재배열 버퍼(93)는 디코딩된 프레임을 저장하고 그들을 비디오 디스플레이 장치(94)에 디스플레이 하기에 적절한 순서로 배열한다. 디코딩된 프레임이 기준 프레임으로 사용되는 경우에, 이 역시 기준 프레임 버퍼(96)에 저장된다.
Non-I 프레임의 모션 예측된 매크로 블록에 대하여, 디코더(84), 탈양자화 및 역스캐너(87) 및 역 DCT(88)은 I 프레임의 변환값들을 위하여 전술한 바와 같이 레시듀얼 변환값들을 처리한다. 예측 디코더(86)는 모션 벡터를 디코딩하고, 모션 보간기(98)는 모션 벡터가 지시하는 기준 프레임 매크로 블록으로부터의 화소값들을 합산기(90)에 제공한다. 합산기(90)는 이러한 기준 화소값들을 레시듀얼 화소값들과 합산하여 디코딩된 매크로 블록의 화소값들을 발생시키고, 이러한 디코딩된 화소값들을 프레임 재배열 버퍼(92)에 제공한다. 인코더(50, 도 4)가 디코딩된 non-I 프레임을 기준 프레임으로 사용하는 경우, 이 디코딩된 non-I 프레임은 기준 프레임 버퍼(96)에 저장된다.
도 4 및 도 8에는 다수의 기능 회로 블록이 포함되어 있으나, 인코더(50) 및 디코더(82)는 하드웨어, 소프트웨어 및 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 인코더(50) 및 디코더(82)는 종종 이들 회로 블록의 기능을 수행하는 하나 또는 하나 이상의 프로세서로 구현될 수 있다.
도 4 및 도 8의 MPEG 인코더(50) 및 MPEG 디코더(82) 그리고 MPEG 표준 전반에 관한 보다 상세한 설명은 본 명세서에서 참조하는 Peter D. Symes의 "비디오 압축"(McGraw-Hill, 1998)을 포함한 많은 문헌에서 찾아 볼 수 있다. 또한, 비디오 및 정지 이미지를 인코딩 및 디코딩하는 기법으로서 다양한 블록 압축 기법이 알려져 있다.
본 발명은 일반적으로 이미지 프로세싱 회로 및 기법에 관한 것으로서, 특히 하나의 해상도(resolution)로 인코딩된 이미지 버전을 다른 해상도를 가지는 디코딩된 이미지 버전으로 직접 디코딩하는 회로 및 방법에 관한 것이다. 예를 들어, 본 발명의 회로는 인코딩된 고해상도 이미지 버전을 디코딩된 고해상도 이미지 버전을 발생시키는 중간 단계 없이 디코딩된 저해상도 이미지 버전으로 직접 다운 변환(down-convert)시킬 수 있다.
도1은 이미지의 고해상도 버전 및 저해상도 버전의 화소 다이어그램.
도2는 각 도1의 고해상도 및 저해상도 이미지 버전들로부터의 매크로 블록의화소 다이어그램.
도3A는 이미지 화소의 종래의 매크로 블록의 다이어그램.
도3B는 도3A의 매크로 블록 내의 화소에 대응하는 압축 전 휘도값들의 종래 블록의 다이어그램.
도3C 및 도3D는 도3A의 매크로 블록 내의 화소 그룹에 대응하는 압축 전 색도값의 종래의 블록의 다이어그램.
도4는 종래의 MPEG 인코더의 블록도.
도5는 도3B의 압축 전 휘도 화소값에 대응하는 도4의 인코더에 의하여 생성된 휘도 변화값들의 블록.
도6은 도4의 양자화기 및 지그재그 스캐너에 의하여 실행될 수 있는 종래의 지그재그 표본화 패턴.
도7은 종래의 모션 벡터의 개념도.
도8은 종래의 MPEG 디코더의 블록도.
도9는 도5의 휘도 변환값과 도3B의 압축 전 휘도 화소값에 각각 대응하는 도 8의 디코더에 의하여 생성된 역 변화값들의 블록.
도10은 본 발명의 실시예에 따른 MPEG 디코더의 블록도.
도11은 본 발명의 실시예에 따라 고해상도, 인터레이스 되지 않은 화소값들을 저해상도의 인터레이스 되지 않은 화소값들의 블록으로 변환하는 기법을 도시하는 도면.
도12는 본 발명의 실시예에 따라 고해상도의 인터레이스 된 화소값들을 저해상도의 인터레이스 된 화소값들의 블록으로 변환하는 기법을 도시하는 도면.
도13A는 본 발명의 실시예에 따라 도11의 고해상도 블록에 오버레이 되는 도11의 저해상도 블록을 도시하는 도면.
도13B는 본 발명의 다른 실시예에 따라 도11의 고해상도 블록에 오버레이 되는 도11의 저해상도 블록을 도시하는 도면.
도14는 본 발명의 실시예에 따라 도12의 고해상도 블록에 오버레이 되는 도12의 저해상도 블록을 도시하는 도면.
도15A는 본 발명의 실시예에 따라 도11의 고해상도 블록을 도11의 저해상도 블록으로 직접 다운 변환시키기 위하여 사용되는 변환값들의 서브그룹을 도시하는 도면.
도15B는 본 발명의 실시예에 따라 도12의 고해상도 블록을 도12의 저해상도 블록으로 직접 다운 변환시키기 위하여 사용되는 변환값들의 서브그룹을 도시하는 도면.
도16은 도15A의 변환값들의 서브그룹에 대하여 2차원 IDCT 계산을 일련의 일차원 IDCT 계산으로 대체하는 기법을 도시하는 도면.
도17은 본 발명의 실시예에 따른 모션 디코딩 기법을 도시하는 도면.
본 발명에 따른 이미지 프로세싱 회로는 이미지의 제1 버전의 인코딩된 부분을 수신하는 프로세서를 포함한다. 프로세서는 그 인코딩된 부분을 이미지의 제2 버전의 디코딩된 부분으로 직접 디코딩하는데, 이미지의 제2 버전은 제1 버전과 상이한 해상도를 가진다.
따라서, 본 발명의 이미지 프로세싱 회로는 이미지의 인코딩된 고해상도 버전을 직접 이미지의 디코딩된 저해상도 버전으로 디코딩할 수 있다. 즉, 본 발명의 회로는 이미지의 고해상도 버전을 저해상도 버전으로 다운 변환하기 이전에 인코딩된 고해상도 버전을 고해상도로 디코딩하는 비효율적인 단계를 거치지 않는다. 그리하여 본 발명의 이미지 프로세싱 회로는 이미지를 디코딩하고 다운 변환하는 종래의 회로에 비하여 신속하고, 구조가 단순하고 가격이 저렴하다.
본 발명의 다른 측면으로, 이미지 프로세싱 회로는 제1 이미지의 제1 버전의 일부와 연관된 모션 벡터를 변경하는 프로세서를 포함한다. 프로세서는 변경된 모션 벡터가 지시하는 제2 이미지의 부분을 식별하는데 제2 이미지는 제1 이미지의 제1 버전과 상이한 해상도를 가진다. 다음으로, 프로세서는 제1 이미지의 식별된 부분으로부터 제1 이미지의 제2 버전의 일부를 발생시키는데, 제1 이미지의 제2 버전은 제2 이미지와 동일한 해상도를 가진다.
본 발명의 이미지 프로세싱 회로는 매크로 블록을 인코딩하기 위하여 사용된 기준 프레임의 버전와 상이한 해상도를 가지는 기준 프레임의 버전을 사용하여 모션 예측된 매크로 블록을 디코딩할 수 있다. 그리하여, 본 발명의 회로는 모션 예측된 이미지를 다운 변환하는 종래의 회로에 비하여 신속하고, 단순하며 비용이 저렴하다.
도10은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 디코더 및 프로세싱 회로(110)의 블록도이다. 회로(110)는 인코딩된 이미지의 고해상도 버전을 수신하고 저장하는 랜딩 버퍼(112)를 포함한다. 가변 길이 디코더(114)는 랜딩 버퍼(112)로부터 인코딩된 이미지 데이터를 수신하고, 이미지 데이터에 수반하는 제어 데이터로부터 이미지를 표현하는 블록들을 분리한다. 상태 제어기(116)는 제어 데이터를 수신하고 라인(118, 120 및 122)에 인코딩된 이미지가 인터레이스(interlace) 되었는지 여부, 현재 디코딩되고 있는 블록이 모션 예측되었는지 여부 및 디코딩된 모션 벡터를 각각 나타내는 신호를 제공한다. 변환값 선택 및 역지그재그 회로(124)는 각 이미지 블록으로부터 원하는 변환값들을 선택하고 원하는 역지그재그 패턴에 따라 이들을 스캐닝한다. 또는, 디코더(114)와 같은 다른 회로가 역지그재그 스캐닝을 실행할 수도 있다. 역 양자화기(126)는 선택된 변환값들을 탈양자화하고, 역 DCT 및 부표본화 회로(128)는 이미지의 고해상도 버전의 탈양자화된 변환값들을 동일한 이미지의 저해상도 버전의 화소값들로 직접 변환한다.
I-인코딩된 블록을 위하여, 회로(128)로부터의 부표본화 된 화소값들은 합산기(130)를 통하여 이미지 버퍼(132)로 전달되는데, 이미지 버퍼는 이미지의 디코딩된 저해상도 버전을 저장한다.
모션 예측된 블록을 위하여, 모션 벡터 스케일링 회로(134)는 상태 제어기(116)로부터의 모션 벡터를 버퍼(132)에 저장된 이미지의 저해상도 버전과 동일한 해상도로 스케일링한다. 모션 보상 회로(136)는 버퍼(136) 내에 저장되고 스케일드된 모션 벡터에 의하여 지시된 매칭되는 매크로 블록 내의 화소의 값들을 결정한다. 라인(120) 상의 신호에 응답하여, 스위치(137)는 회로(136)로부터의 화소값들을 합산기(130)에 결합시키고, 합산기는 이들을 회로(128)로부터의 디코딩되고 부표본화된 레시듀얼에 합산한다. 그 결과 얻어지는 합은 디코딩된 매크로 블록의 화소값이 되는데, 이들은 프레임 버퍼(132) 내에 저장된다. 프레임 버퍼(132)는 이미지의 디코딩된 저해상도 버전을 디스플레이 순서로 저장하고, 저해상도 버전을 HDTV의 수신/디스플레이(138)에 제공한다.
도11은 본 발명의 실시예에 따라 인터레이스 되지 않은 이미지 상에 도10의IDCT 및 부표본화 회로(128)에 의하여 실행되는 해상도 감소 과정을 도시한다. 비록 회로(128)가 인터레이스 되지 않은 이미지의 인코딩된 고해상도 버전을 이미지의 디코딩된 저해상도 버전으로 직접 변환하나, 설명의 편의를 위하여 도11은 화소 도메인 내의 해상도 감소 과정을 보여준다. 이미지의 고해상도 버전으로부터의 화소 P의 8 x 8 블록(140)은 부표본화 된 화소 S의 4 x 3 블록(142)으로 다운 변환된다. 따라서, 이 예에서, 블록(142)의 수평 해상도는 블록(140)의 수평 해상도의 3/8이 되고 블록(142)의 수직 해상도는 블록(140)의 수직 해상도의 1/2이 된다. 블록(142)의 부표본화 된 화소 S00의 값은 블록(140)의 서브 블록(144) 내의 화소 P의 값들의 가중화된 결합에 의하여 결정된다. 즉, S00는 w00P00, w01P01, w02P02, w03P03, w10P10, w11P11, w12P12, 및 w13P13의 결합이며, 이때 w00∼w13는 값 P00∼P13각각에 대한 가중치이다. 가중치 w의 계산에 대하여는 이하에서 도13a 및 도13b를 참조하여 설명된다. 동일한 방식으로, 부표본화 된 화소 S01의 값은 서브 블록(146) 내의 화소 P의 값들의 가중화된 결합에 의하여 결정되고, 부표본화 된 화소 S02의 값은서브 블록(148) 내의 화소 P의 값들의 가중화된 결합에 의하여 결정된다. 또한, 블록(140, 142) 및 서브 블록(144, 146, 148)이 특정한 크기를 가지는 것으로 되어 있으나, 이들은 본 발명의 실시예에 따라 다른 크기를 가질 수 있다.
도12는 본 발명의 실시예에 따라 인터레이스 된 이미지 상에 도10의 IDCT 및 부표본화 회로(128)에 의하여 실행되는 해상도 감소 과정을 도시한다. 비록 회로(128)가 인터레이스된 이미지의 인코딩된 고해상도 버전을 이미지의 디코딩된 저해상도 버전으로 직접 변환하나, 설명의 편의를 위하여 도12는 화소 도메인 내의 해상도 감소 과정을 보여준다. 이미지의 고해상도 버전으로부터의 화소 P 의 8 x 8 블록(150)은 부표본화 된 화소 S의 4 x 3 블록(152)으로 다운 변환된다. 따라서, 이 예에서, 블록(152)의 수평 해상도는 블록(150)의 수평 해상도의 3/8이 되고 블록(152)의 수직 해상도는 블록(150)의 수직 해상도의 1/2이 된다. 블록(152)의 부표본화 된 화소 S00의 값은 블록(150)의 서브 블록(154) 내의 화소 P의 값들의 가중화된 결합에 의하여 결정된다. 즉, S00는 w00P00, w01P01, w02P02, w03P03, w20P20, w21P21, w22P22, 및 w23P23의 결합이며, 이때 w00∼w23은 값 P00∼P23각각에 대한 가중치이다. 동일한 방식으로, 부표본화 된 화소 S01의 값은 서브 블록(156) 내의 화소 P의 값들의 가중화된 결합에 의하여 결정되고, 부표본화 된 화소 S02의 값은 서브 블록(158) 내의 화소 P의 값들의 가중화된 결합에 의하여 결정된다. 또한, 블록(150, 152) 및 서브 블록(154, 156, 158)이 특정한 크기를 가지는 것으로 되어있으나, 이들은 본 발명의 실시예에 따라 다른 크기를 가질 수 있다.
도13A는 본 발명의 실시예에 따라 도11의 고해상도 블록(140)에 오버레이(overlay) 되는 도11의 저해상도 블록(142)을 도시한다. 블록 경계(160)는 또한 오버레이 된 블록(140, 142)의 경계가 되고, 부표본화 된 화소 S는 X's로 표시되고 화소 P는 점으로 표시된다. 부표본화 된 화소 S들은 블록 경계(160)의 내부 및 경계를 가로질러 수평 거리 Dsh 및 수직 거리 Dsv 만큼 상호 이격되어 있다. 유사하게, 화소 P는 수평 거리 Dsh 및 수직 거리 Dsv 만큼 상호 이격된다. 도시된 예에서, Dsh = 8/3(Dph) 및 Dsv = 2(Dpv)가 된다. S00가 화소 P01및 P11와 수평 방향으로 정렬되어 있어 이들과 최근 거리에 있으므로, 이들 화소의 값들은 S00의 값을 결정함에 있어서 수평 방향으로 이들보다 먼 거리에 있는 화소들 P00, P10, P02, P12, P03, 및 P13보다 큰 가중치를 부여받는다. 또한, S00이 화소 P의 행 0 (즉, P00, P01, P02, 및 P03) 및 행 1 (즉, P10, P11, P12, 및 P13) 사이의 중간 위치에 있으므로, 행 1 및 행 2의 모든 화소 P는 수직 방향으로 동일한 가중치를 가진다. 예를 들어, 하나의 실시예에서 화소 P00, P02, P03, P10, P12, 및 P13의 값들은 w = 0의 가중치를 가져 S00의 값에 영향을 주지 않고, 화소 P01및 P11의 값들이 평균되어 S00의 값을 얻는다. S01및 S02의 값들은 각각 도11의 서브 블록(146, 148) 내의 화소 P 들의 가중된 값들을 이용하여 유사한 방식으로 계산된다. 그러나 부표본화 된 화소들 S00, S01, 및 S02이 그들의 서브 블록(144, 146, 148) 내에서 상이한 수평 위치를 가지므로, S00, S01, 및 S02의 값들을 계산하기 위하여 사용되는 가중치 w는 서로 상이하다. 여타의 부표본화 된 화소 S의 값들은 유사한 방식으로 계산된다.
도13B는 본 발명의 실시예에 따라 도11의 고해상도 블록(140)에 오버레이 되는 도11의 저해상도 블록(142)을 보여준다. 도13A와 도13B 사이의 오버레이 관계의 주된 차이는 도13B의 부표본화 된 화소 S가 도13A의 위치에 비하여 좌측으로 이동된 점이다. 이러한 위치 이동에 의하여, 화소 가중치 w의 값이 도13A에 사용된 것과 다르게 된다. 그러나 상이한 가중치를 제외하고는 부표본화 된 화소 S의 값들은 도13A에 관련하여 설명된 바와 유사한 방식으로 계산된다.
도14는 본 발명의 실시예에 따라 도12의 고해상도 블록(150)에 오버레이 되는 도12의 저해상도 블록(152)을 도시한다. 부표본화 된 화소 S는 도13A와 동일한 위치를 가지므로, 그들의 수평 가중치는 도13A의 경우와 동일하다. 그러나 화소 P와 부표본화 된 화소 S가 인터레이스 되어 있기 때문에, 화소 S는 서브 블록(154)의 행 0 (즉, P00, P01, P02, 및 P03) 및 행 1 (즉, P20, P21, P22, 및 P23)의 중간 위치에 있지 않게 된다. 따라서, 행 0의 화소P들이 행 1의 화소 P들보다 높은 가중치를 가지게 된다. 예를 들어, 하나의 실시예에서 화소 P00, P02, P03, P20, P22, 및 P23들이 w = 0 의 가중치를 가져 S00의 값에 영향을 미치지 않고 P01의 값이 P21의 값보다 높은 가중치를 가진다. 예를 들어, S00는 P01및 P21의 값들의 직선 보간, 즉 쌍선형(bilinear) 필터링에 의하여 계산될 수 있다.
도 13A, 13B, 및 14와 관련하여 전술한 기법은 부표본화 된 화소 S의 휘도 또는 색도 값들을 계산하기 위하여 사용될 수 있다.
도 10 및 15A를 참조하면, 가변 길이 디코더(114)는 인코딩되고 인터레이스 되지 않은 이미지의 블록을 표현하는 (점으로 표시된) 변환값들의 블록(160)을 선택/역지그재그 회로(124)에 제공한다. 회로(124)는 변환값들의 서브 블록(162) 만을 선택하고 이용하여 도 11, 13A 및 13B의 인터레이스 되지 않은 부표본화된 화소 S의 값들을 발생시킨다. 회로(110)가 수신된 이미지를 저해상도로 디코딩하고 다운 변환시키기 때문에, 많은 인코딩된 정보, 즉 변환값들이 DCT 및 부표본화 회로(128)가 인코딩된 매크로 블록을 디코딩된 다운 변환시키기 이전에 제거될 수 있음이 발견되었다. 이러한 정보를 삭제하면, 디코더(110)가 인코딩된 이미지를 디코딩하고 다운 변환시키기 위하여 요구되는 처리 능력과 시간이 크게 절감된다. 특히 이미지의 저해상도 버전은 고해상도 버전의 세부 사항을 포함하고 있지 않으므로, 이미지 블록의 세부 사항은 대응하는 변환 블록의 고주파수 변환값들에 의하여 표현된다. 이들 고주파수 변환값들은 변환 블록의 우측 하단 사분면을 향하는 위치 및 그 내부에 위치한다. 한편, 저주파수 변환값들은 서브 블록(162)에 대응하는 좌측 상단 사분면을 향하는 위치 및 그 내부에 위치한다. 따라서, 서브 블록(162) 내의 16개 저주파수 변환값들을 사용하고 블록(160) 내의 나머지 48개 고주파수 변환값들을 폐기함으로써, 회로(128)는 고주파수 변환값들을 디코딩 및 다운 변환 알고리즘에 포함시키기 위한 프로세싱 능력과 시간의 낭비를 피할 수 있다. 폐기된 고주파수 변환값들은 디코딩되는 이미지의 저해상도 버전에 거의 영향을 미치지 않으므로, 이러한 변환값들의 폐기는 저해상도 버전의 화질에 거의 영향을 주지 않는다.
도15A는 인코딩되고 인터레이스 된 이미지를 표현하는 변환값의 블록(164) 및 도12 및 14의 인터레이스 되고 부표본화 된 화소 S의 값들을 발생시키기 위하여 화소(124)가 사용하는 변환값들의 서브 블록(166)을 도시한다. 본 발명자는 서브 블록(166) 내의 변환값들이 훌륭한 디코딩 및 다운 변환 결과를 가져온다는 사실을 발견하였다. 서브 블록(166)이 행렬 형태가 아니기 때문에, 회로(124)의 역지그재그 스캐닝 패턴이 회로(124)가 서브 블록(166)으로부터 변환값들을 4 x 4 행렬과 같은 행렬 형태로 스캐닝하도록 변형될 수 있다.
도10-15B를 참조하여 디코더(110)가 실행하는 디코딩 및 부표본화 과정의 상세한 수학적 내용을 설명한다. 예시의 목적으로, 이들 알고리즘은 도15B의 서브 블록(162)과 동일한 휘도 값 Y(도 5)의 인터레이스 되지 않은 블록(57)의 서브 블록에 대하여 동작하는 것으로 설명한다.
변환값 f(u,v)의 8 x 8 블록에 대하여, 역 DCT (IDCT) 변환은 다음과 같다:
이때 F(x,y) 는 8 x 8 IDCT 행렬의 위치 x, y에서의 IDCT 값, 즉 화소값이다. 상수 Cu및 Cv는 알려져 있으며, 이들의 구체적 값은 본 발명의 설명 목적상중요하지 않다. 식 1)은 다음과 같은 행렬 형태로 표현된다:
이때 P(x, y)는 계산되고 있는 화소값이고, 행렬 YDCT는 P(x, y)가 속하는 대응하는 블록 디코딩된 화소값의 변환값들 YDCT(u,v)의 행렬이고, 행렬 D(x,y)는 변환값 f(u, v)를 제외한 식(1)의 좌변의 값들을 표현하는 상수 계수의 행렬이다. 따라서, 식 (2)는 각 화소값 P(x, y)에 대하여 풀어지며, YDCT는 변하지 않고, x 및 y의 함수인 D(x, y)는 계산되는 각 화소값 P에 따라 상이하다.
일차원 IDCT 알고리즘은 다음과 같이 표현된다:
이때 F(x)는 역 변환값들의 단일 행이고, f(u)는 변환값들의 단일 행이다. 식(3)은 행렬 형태로 다음과 같이 표현된다:
이때 각 디코드 화소값 P는 변환값 YDCT0∼YDCT7의 행과 행렬 D의 각 행과의 내적(inner product)과 동일하다. 환언하면 예를 들어 P0 = [YDCT0, ..,YDCT7] ·[D00,.. ,D07] 등과 같은 관계가 성립한다. 일차원 경우를 일반화시키면, 화소값 PX는 다음의 식에 의하여 유도될 수 있다:
이때 Di는 식(4)의 행렬 D의 i 번째 행이다. 도11과 관련하여 설명한 바와 같이, 서브 블록(144)의 제1 및 제2 행의 화소들의 값들이 부표본화 된 화소 S00를 발생시키기 위하여 결합된다. 그러나 이때에 화소 P의 행 0만이 존재한다고 가정하고, 부표본화 된 화소 S0, S1, 및 S2의 하나의 행만이 계산된다고 가정한다. 식 (4) 및 식(5)의 일차원 IDCT를 행 0과 같은 단일 행에 적용하면, 다음과 같은 식이 얻어진다:
이때 Sz는 부표본화 된 화소의 값이고, Wi는 화소 Pi의 값에 대한 가중치이며, i= 0∼n 은 값 Sz에 영향을 주는 행 내의 특정 화소 P의 위치를 나타낸다. 예를 들어, 서브 블록(144) 내에 화소 P의 행 0만이 존재한다고 가정하면, S0에 대하여 다음 식이 얻어진다:
이때 Pi는 i = 0∼3인 경우에 P0, P1, P2, 및 P3의 값들과 동일하다. 식 (5)를 이용하여 P를 치환하면 다음의 식이 얻어진다:
이때 rZ는 i = 0∼n 일 때의 wI·Di의 합이다. 그리하여, 부표본화 된 화소 값SZ을 직접 변환값들의 대응하는 일차원 행렬 YDCT및 계수 Di의 해당 행과 관련시키는 식이 유도되었다. 즉, 이 식을 사용하면 Pi의 값들을 우선 계산하지 않고도SZ의 값들을 계산할 수 있다.
그리고 이차원 방정식 (1) 및 (2)를 참조하면, 식(5)는 다음과 같은 2차원 식으로 확장될 수 있다:
이때 별표(asterisk)는 행렬 간의 내적을 나타낸다. 이 행렬의 내적은 행렬 DX,Y의 모든 요소가 행렬 YDCT의 해당 요소와 곱해지고 이들 곱을 합산하면 PX,Y의 값과 동일해 짐을 나타낸다. 식(8)은 또한 다음과 같은 이차원 식으로 변환될 수 있다:
그러므로, 행렬 RYZ는 i = 0∼n 까지의 가중된 행렬 Di의 합이다. 예를 들어, 도11을 참조하면, 부표본화 된 화소 S00의 값은 다음 식으로 주어진다:
i = 0∼7 일 때 이 값들은 각각 P00, P01, P02, P03, P10, P11, P12, 및 P13의 값들에 대응한다. 그리하여, 도10의 회로(124)는 부표본화 된 화소 S00의 값을 변환값 및 이들과 연관된 변환 계수 행렬로부터 직접 계산할 수 있다. 따라서, 회로(124)는 화소 값 P로의 중간 변환을 실행할 필요가 없다.
도15A와 관련하여 설명한 바와 같이, 식(11)은 서브 블록(162) 내의 변환값 중 16개의 변환값만을 사용하므로 더욱 단순화되었다. 그리고, 이 식에서 내적만이 실행되므로 행렬 RYZ는 서브 블록(162) 내의 16개 변환값들에 대응하는 16개의 요소만을 가지면 된다. 이는 필요한 계산의 횟수 및 시간을 약1/4 만큼 감소시키다.
위의 예에서 행렬 RYZ및 YDCT가 16개의 요소만을 가지므로, 내적 계산을 위하여 프로세서는 이들 행렬 각각을 16개의 요소를 가진 일차원 행렬로 배열할 수 있다. 또한, 프로세싱 회로가 4개의 요소를 가지는 일차원 벡터에 대하여 더욱 효율적으로 동작한다면, 행렬 RYZ및 YDCT을 각각 4개의 일차원, 4요소 벡터로 배열할 수 있다. 그러면 부표본화 된 화소 SYZ의 값은 4번의 내적 계산을 하여 계산될 수 있다. 도15B와 관련하여 설명된 바와 같이, 인터레이스 된 이미지 또는 최초에 효율적인 행렬을 구성하지 못하는 어떠한 변환값 서브 블록에 대하여는 도10의 블록(124)의 역지그재그 스캐닝 알고리즘이 변경되어 선택된 변환값들을 효율적인 행렬 형태로 만들 수 있다.
도16을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에서, 부표본화 된 화소 SYZ의 값들은 하나의 이차원 계산 대신에 일련의 일차원 IDCT 계산에 의하여 계산될 수 있다. 도16은 변환값들의 서브 블록(162)에 대하여 그러한 일련의 일차원 IDCT 계산을 실행하는 과정을 도시한다. 이 기법은 또한 도15B의 서브 블록(166)과 같은 다른 서브 블록에 대하여 사용될 수도 있다. 이러한 일차원 기법의 일반적 개념이 공지되어 있으므로, 이 기법에 대한 추가의 설명은 생략한다.
다음은 본 발명의 실시예에 따라 도11 및 13A와 관련하여 설명된 부표본화 동작의 예에서 가중치 Wi을 구하는 방법을 설명한다. 도13A와 관련하여 설명한 바와 같이, 부표본화 된 화소 S00∼S02가 화소 P의 제1 및 제2 행의 중간 위치에 존재하기 때문에, 제1행의 화소의 값을 위한 가중치 W는 제2행의 대응 화소의 값을 위한 가중치 W와 동일하다. 따라서, 서브 블록(144) 내의 8개 화소값을 구하기 위하여 4개의 가중치만을 계산할 필요가 있다. 가중치를 구하기 위하여, 하나의 실시예에서 4개의 부표본화 된 화소 값 S00∼S02에 대하여 각각 1, 1-2/3, 및 1-1/2 의 부분 지연(fractional delay)을 가지는 4탭(4개의 화소값 각각에 대하여 1개의 탭) 라그랑지안 보간자(Lagrangian interporator)가 사용된다. 하나의 실시예에서, 가중치 w는 다음의 식에 의하여 할당된다:
도13A를 참조하면, 처음 두개의 지연 1 및 1-2/3 은 부표본화 된 화소값 S00및 S01에 대응한다. 이 지연들은 화소 P의 (도11의) 해당 서브 그룹(144, 146) 내의 최초, 즉 제일 좌측의 화소 P에 대한 부표본화 된 화소 S00및 S01의 위치를 나타낸다. 예를 들어, S00이 P01및 P11와 정렬되어 있으므로, 이는 수평 방향으로 최소의 화소들 P00및 P01로부터 하나의 화소 간격 Dph만큼 떨어져 있다. 그리하여, 지연값 1이 식(12) 내지 식(15)에 대입되면 영이 아닌 유일한 가중치는 화소값 P01및 P11에 대응하는 w1이 된다. 이는 화소 S00이 직접 P01및 P11과 정렬되어 있고, 따라서 다른 화소 P의 가중치는 영으로 설정될 수 있기 때문이다. 도11 및 13A를 참조하면, 부표본화 된 화소 S1 은 서브 블록(146) 내의 최초 화소들 P02및 P12로부터1-2/3 화소 간격 Dph만큼 떨어져 있다. 화소 S01이 어떠한 화소 P와도 정렬되어 있지 않기 때문에 어떠한 가중치도 영이 되지 않는다. 그리하여, 부표본화된 화소 S01에 대하여 W0이 P02및 P12값에 대한 가중치가 되고, W1이 P03및 P13값에 대한 가중치가 되고, W2가 P04및 P14값에 대한 가중치가 되며, W3가 P05및 P15값에 대한 가중치가 된다.
하나의 실시예에서, 부표본화 된 화소 S02에 대한 지연이 부표본화 된 화소 S00및 S01에 대한 지연과 다른 방식으로 계산된다. 라그랑지안 필터의 설계를 최적화시키기 위하여 S02에 대하여 1-1/3의 지연을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 지연이 S00및 S01에 대한 지연과 동일한 방식으로 계산되면, S02이 서브 그룹(148)의 최초 화소 P04로부터 2-1/3 화소 간격 Dph만큼 떨어져 있으므로, 지연값은 2-1/3가 되어야 한다. 그러나, 1-1/3의 최적 지연이 사용될 수 있도록 하기 위하여, 화소 P05및 P15가 서브 그룹(148) 내의 최초의 화소들인 것처럼 지연을 계산하고, P07및P17와 동일한 값이 주어진 두개의 가상적 화소 P08및 P18을 추가한다. 그리하여, 가중 함수 w0∼w3는 화소 P05, P15, P06및 P16, P07및 P17, 그리고 가상적 화소 P08및 P18에 각각 대응한다. S02의 지연을 계산하는 이 방법은 2-1/3의 지연을 사용하는 경우보다 정확하지 않을 수 있으나, 1-1/3의 지연을 사용하여 얻어지는 라그랑지안필터의 효율은 이러한 잠재적 부정확성을 보상한다.
또한, 전술한 바와 같이 모든 부표본화 된 화소 S00∼S02가 화소 P의 행 0 및 행 1 사이의 중간 지점에 위치하므로, 행 0의 화소 P의 가중치와 행 1의 화소 P의 가중치를 효과적으로 평균하기 위하여 1/2의 인수가 각 가중치에 포함될 수 있다. 물론 부표본화 된 화소 S00∼S02가 행의 중간에 위치하지 않으면, 수평 방향에 대하여 설명한 바와 유사한 방식으로 제2의 라그랑지안 필터가 수직 방향으로 사용될 수 있다. 또는, 수평 및 수직 방향의 라그랑지안 필터가 결합하여 2차원 라그랑지안 필터를 구성할 수도 있다.
도12 및 14를 참조하면 인터레이스 된 블록(150)에 대하여 부표본화 된 화소 S00∼S02들이 화소의 행 1 및 행 2 사이에서 수직 방향으로 1/4 아래 방향에 위치할 수 있다. 그리하여, 해당 가중치 wi로 곱하는 것에 추가하여, 해당 서브 블록 내의 화소 P의 값들이 쌍선형적(bilinearly)으로 가중될 수 있다. 즉, 행 0 내의 화소의 값들이 수직 방향으로 3/4의 값으로 가중되고, 행 2의 화소의 값들이 비균일한 수직 정렬을 보상하기 위하여 수직으로 1/4의 값으로 가중된다. 또한, 부표본화 된 화소 S가 화소 P에 대하여 블록마다 일정한 수직 정렬을 가지지 않는 경우에는 수직 방향으로 라그랑지안 필터가 사용될 수 있다.
부표본화 된 화소 S의 값들을 계산하기 위한 상기 방법은 화소 S의 휘도 및 색도 모두를 계산하기 위하여 사용될 수 있다.
도17을 참조하여 본 발명의 실시예에 따라 도10의 디코더(110)가 실행하는모션 보상을 설명한다. 예시의 목적으로, 이미지의 인코딩된 버전은 인터레이스 되어 있지 않고 변환값의 8 x 8 블록을 포함하고, 도10의 회로(124)는 이러한 인코딩된 블록을 도11의 블록(142)과 같은 부표본화 된 화소 S의 4 x 3 블록들로 디코딩하고 다운 변환시키는 것으로 가정한다. 또한, 인코딩된 모션 벡터는 수평 방향으로 1/2 화소의 해상도를 가지고, 수직 방향으로 1/2 화소의 해상도를 가지는 것으로 가정한다. 이미지의 저해상도 버전이 고해상도 버전에 비하여 수평 방향으로 3/8의 해상도를 가지고 수직 방향으로 1/2의 해상도를 가지므로, (도5의) 회로(134)로부터의 스케일된 모션 벡터는 3/8 x 1/2 = (3/16)Dsh의 수평 해상도와 1/2 x 1/2 = (1/4)Dsv의 수직 해상도를 가진다. 그리하여, 수평 부분 지연은 1/16의 배수이고 수직 부분 지연은 1/4의 배수가 된다. 또한, 인코딩된 모션 벡터는 수평 방향으로 2.5의 값을 가지고 수직 방향으로 1.5의 값을 가진다고 가정한다. 따라서, 예시된 스케일된 모션 벡터는 수평 방향으로 2-1/2 x 3/8 = 15/16의 크기를 가지로 수직 방향으로 1-1/2 x 1/2 = 3/4의 크기를 가진다. 그리하여, 이 스케일된 모션 벡터는 그 화소 S가 "x"로 표현된 매칭되는 매크로 블록(170)을 가리키게 된다.
블록(170)의 화소들은 기준 매크로 블록(172)의 (점으로 표시된) 화소 S에 대하여 정렬되어 있지 않다. 기준 블록(172)은 매칭되는 블록(172)보다 커서, 이는 블록(170)이 위치할 수 있는 영역을 내포한다. 예를 들어, 화소 S00는 기준 화소 SI, SJ, SM, 및 SN의 사이 또는 이들 상의 어디에도 위치할 수 있다. 따라서,도11의 블록(142)의 화소 S에 대하여 전술한 바와 유사한 방법으로, 매칭되는 블록(170)의 각 화소 S는 블록(170, 172)을 포함하는 필터 블록(174) 내의 각 화소 S의 가중된 값으로부터 계산된다. 도시된 실시예에서, 블록(170)의 각 화소 S는 필터 블록(174)으로부터의 4 x 4 = 16 화소를 포함하는 서브 블록으로부터 계산된다. 예를 들어, S00의 값은 필터 블록(174)의 서브 블록(176) 내의 16개 화소의 가중화된 값으로부터 계산된다.
하나의 실시예에서, 수평 방향으로 매 (1/16) Dsh 마다 지연을 가지는 4탭 다상 FIR(polyphase Finite Impulse Response) 필터(예를 들어, 라그랑지안 필터)가 사용되고 수직 방향으로 매 (1/4)Dsv마다 지연을 가지는 4탭 FIR 필터가 사용된다. 그리하여, 이들 두 필터의 결합에 의하여 수평 및 수직 방향에 대하여 각 페이즈에 대하여 16 x 4 = 64 개의 2차원 필터의 세트를 상정할 수 있다. 본 실시예에서, 화소 S00는 서브 블록(176) 내의 화소의 제1 열 (즉, Sa, Sh, Sl, 및 Sq)로부터 수평 방향으로 (1-15/16)Dsh만큼 떨어져 있으며, 가중치 w에 대한 이들의 수평 방향으로의 영향은 도13A와 관련하여 전술한 바와 유사한 방식으로 계산된다. 또한, 화소 S00은 서브 블록(176)의 제1행의 화소들 (즉, Sa∼Sd)로부터 수직으로 (1-3/4)Dsv만큼 떨어져 있으며, 가중 함수에 대한 이들의 수직 방향으로의 영향은 이들의 수평 방향으로의 영향과 유사한 방법으로 계산된다. 수평 및 수직 방향으로의 이들의 영향은 결합되어 S00에 대한 서브 블록(176) 내의 각 화소에 대한 가중함수를 얻게 되며, 이들 가중 함수를 이용하여 S00의 값이 계산된다. 매칭되는 블록(170) 내의 다른 화소 S의 값들은 유사한 방식으로 계산된다. 예를 들어, 화소 S01의 값은 서브 블록(178) 내의 화소들의 가중된 값들을 이용하여 계산되고, 화소 S10의 값은 서브 블록(180) 내의 화소들의 가중된 값들을 이용하여 계산된다.
따라서, 모든 모션 보상 화소 S00∼S75을 계산하기 위하여는 수평 필터링에 대하여 4 곱-합산(multiply-accumulates; MACS) x 행당 6 화소 x 11 행(필터 블록174 내의 행) = 전체 264 MACS가 사용되고, 수직 필터링에 대하여 4 MACS x 열당 8 화소x 9 행 = 288 MACS가 사용되어 매칭 블록(170)의 모든 화소값을 계산하기 위하여 모두 552 MACS가 사용된다. 1 x 4 벡터 성분에 작용하는 벡터 이미지 프로세싱을 사용하면, 수평 필터링을 264 ÷4 = 66번의 1 x 4 내적 계산으로 나눌 수 있고, 수직 필터링을 288÷4 = 72 번의 1 x 4 내적 계산으로 나눌 수 있다.
도10 및 15를 참조하면, 일단 모션 보상 회로(136)가 매칭되는 블록(170) 내의 화소 값들을 계산하면, 합산기(136)는 이들 화소값을 역 DCT 및 부표본화 회로(128)로부터의 각 레시듀얼과 합산하여 이미지의 디코딩된 저해상도 버전을 생성한다. 그리고 디코딩된 매크로 블록은 HDTV 수신/디스플레이(138)에 디스플레이 하기 위하여 프레임 버퍼(132)에 제공된다. 디코딩된 매크로 블록이 기준 프레임의 일부인 경우에는, 이는 다른 모션 예측 매크로 블록의 디코딩에 사용하기 위하여 모션 보상기(136)에 제공될 수 있다.
화소 색도값에 대한 모션 디코딩은 전술한 바와 동일한 방식으로 실행될 수있다. 사람의 시각은 휘도 변이 보다 색 변이에 대하여 둔감하므로, 전술한 보다 복잡한 라그랑지안 기법 대신에 쌍선형 필터링법을 사용하더라도 양호한 결과를 얻을 수 있다.
또한, 도7과 관련하여 설명한 바와 같이, 어떤 모션 예측 매크로 블록은 다른 프레임 내의 매칭 블록을 가리키는 모션 벡터를 포함할 수 있다. 그러한 경우에, 각 매칭 블록들 내의 화소의 값들이 도16과 관련하여 설명된 방식으로 계산되고, 디코딩된 매크로 블록을 발생시키기 위하여 레시듀얼이 합산되기 이전에 각 매칭 블록 내의 화소값들이 평균된다. 또한, 매크로 블록을 디코딩하기 위하여 매칭 블록들 중 하나만을 사용하면 프로세싱 시간과 밴드 폭을 줄일 수 있다. 이러한 방법은 디코딩 시간을 크게 줄이면서 허용될 수 있는 수준의 화질을 제공하는 것이 발견되었다.
이상에서 예시의 목적으로 본 발명의 구체적 실시예가 설명되었으나, 본 발명의 원리 및 범위를 벗어나지 아니하고 이러한 실시예가 다양하게 변형될 수 있음을 이해하여야 한다. 예를 들어, 본 명세서에서 저해상도 디스플레이 장치에 디스플레이 하기 위한 이미지의 다운 변환 방법을 설명하였으나, 이러한 기법은 기타 응용처를 가진다. 예를 들어, 이러한 기법은 다른 이미지 내에 소정의 이미지를 디스플레이하기 위하여 사용될 수 있다. 이러한 방식을 PIP(Picture-In- Picture) 디스플레이라고 부른다. 또한, 도10의 디코더(110)가 여러 개의 회로를 포함하는것으로 설명되었으나, 이러한 회로들의 기능은 하드웨어의 하나 또는 하나 이상의 범용 또는 특수 목적 프로세서에 의하여 실행될 수 있다.

Claims (49)

  1. 제1 해상도를 가지는 이미지의 제1 버전의 인코딩된 부분을 수신하고,
    상기 인코딩된 부분을 직접 상기 제1 버전의 해상도와 상이한 해상도를 가지는 이미지의 제2 버전의 디코딩된 부분으로 직접 변환하는 프로세서를 포함하는 이미지 프로세싱 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이미지의 상기 제2 버전의 해상도가 상기 이미지의 상기 제1 버전의 해상도 보다 낮은 프로세싱 회로.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이미지의 상기 제1 버전의 상기 인코딩 된 부분이 변환값들로 표현되고,
    상기 이미지의 상기 제2 버전의 디코딩된 부분이 화소값들로 표현되는 프로세싱 회로.
  4. 이미지의 제1 버전의 일부를 표현하는 변환값들의 제1 그룹을 수신하고,
    상기 제1 그룹으로부터 상기 제1 그룹보다 적은 수의 변환값들을 가지는 변환값들의 제2 그룹을 선택하며,
    변환값들의 상기 제2 그룹을 상기 이미지의 제2 버전의 일부를 표현하는 화소값들의 제1 그룹으로 변환하며, 상기 이미지의 제2 버전은 상기 이미지의 제1 버전보다 적은 수의 화소를 가지도록 하는 프로세서를 포함하는 프로세싱 회로.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 그룹의 변화값들은 각각 이산 코사인 변환(Discrete-Cosine- Transform) 값들을 포함하는 프로세싱 회로.
  6. 제4항에 있어서,
    변환값들의 상기 제1 그룹이 변환값들의 8 x 8 블록을 포함하고, 상기 블록이 4개의 4분면을 가지며;
    변환값들의 상기 제2 그룹이 상기 블록의 하나의 사분면으로부터의 변환값들을 포함하는 프로세싱 회로.
  7. 제4항에 있어서,
    변환값들의 상기 제1 그룹이 변환값들의 8 x 8 블록을 포함하고, 상기 블록이 좌측 상단 사분면을 가지며;
    변환값들의 상기 제2 그룹이 상기 블록의 좌측 상단 사분면으로부터의 변환값들을 포함하는 프로세싱 회로.
  8. 제4항에 있어서,
    변환값들의 상기 제1 그룹이 변환값들의 8행 x 8열 블록을 포함하며;
    변환값들의 상기 제2 그룹이 상기 블록의 처음 4개의 행 각각의 처음 3개 변환값들과 상기 블록의 최종 4행 각각의 처음 변환값을 포함하는 프로세싱 회로.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 이미지가 비디오 프레임을 포함하고;
    상기 비디오 프레임의 상기 제1 버전의 상기 일부가 인터레이스 되어 있지 않으며;
    상기 비디오 프레임의 상기 제2 버전의 상기 일부가 인터레이스 되어 있지 않은 프로세싱 회로.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 이미지가 비디오 프레임을 포함하고;
    상기 비디오 프레임의 상기 제1 버전의 상기 일부가 인터레이스 되어 있고;
    상기 비디오 프레임의 상기 제2 버전의 상기 일부가 인터레이스 되어 있는 프로세싱 회로.
  11. 제4항에 있어서,
    상기 이미지의 상기 제1 버전이 1920 화소 폭과 1088 화소 높이를 가지며;
    상기 이미지의 상기 제2 버전이 702 화소 폭과 544 화소 높이를 가지는 프로세싱 회로.
  12. 제4항에 있어서,
    변환값들의 상기 제1 그룹이 상기 이미지의 상기 제1 버전의 상기 일부를 표현하는 화소값들의 제2 그룹을 표현하고;
    상기 프로세서가 상기 제2 그룹의 화소값들과 연관된 변환 계수들을 수학적으로 결합하여 변환값들의 상기 제2 그룹을 화소값의 화소값들의 상기 제1 그룹의 화소값으로 직접 변환하는 프로세싱 회로.
  13. 제4항에 있어서,
    변환값들의 상기 제1 그룹이 상기 이미지의 상기 제1 버전의 상기 일부를 표현하는 화소값들의 제2 그룹을 표현하고;
    상기 프로세서가 화소값들의 상기 제2 그룹의 화소값들과 연관된 변환 계수들을 가중화하고, 가중화된 상기 변환 계수들을 수학적으로 결합하여 변환값들의 상기 제2 그룹을 화소값들의 상기 제1 그룹의 화소값으로 직접 변환하는 프로세싱 회로.
  14. 제4항에 있어서,
    변환값들의 상기 제1 그룹이 상기 이미지의 상기 제1 버전의 상기 일부를 표현하는 화소값들의 제2 그룹을 표현하고;
    상기 프로세서가 화소값들의 상기 제2 그룹의 화소값들과 연관된 변환 계수들을 가중화하고, 대응하는 상기 가중화된 변환 계수들을 합산하여 변환값들의 상기 제2 그룹을 화소값들의 상기 제1 그룹의 화소값으로 직접 변환하는 프로세싱 회로.
  15. 제4항에 있어서,
    변환값들의 상기 제1 그룹의 각 변환값들이 이산 코사인 변환값을 포함하고;
    변환값들의 상기 제1 그룹이 상기 이미지의 상기 제1 버전의 상기 일부를 표현하는 화소값들의 제2 그룹을 표현하고;
    상기 프로세서는 화소값들의 상기 제2 그룹의 화소값들과 연관된 역이산 코사인 변환 계수들을 가중화하고, 대응하는 상기 가중화된 변환 계수들을 합산하고, 역이산 코사인 변환 알고리즘에 따라 변환값들의 상기 제2 그룹과 상기 가중화된 변환 계수들을 수학적으로 결합하여 변환값들의 상기 제2 그룹을 화소값들의 상기 제1 그룹의 화소값으로 직접 변환하는 프로세싱 회로.
  16. 제1 이미지의 제1 버전의 일부와 연관된 모션 벡터를 변경하고;
    상기 변경된 모션 벡터가 가리키는 제2 이미지의 부분을 식별하고, 상기 제2 이미지는 상기 제1 이미지의 상기 제1 버전과 상이한 해상도를 가지며;
    상기 제2 이미지의 상기 식별된 부분으로부터 상기 제1 이미지의 제2 버전의일부를 발생시키고, 상기 제1 이미지의 상기 제2 버전은 상기 제2 이미지와 동일한 해상도를 가지도록 하는 프로세서를 포함하는 이미지 프로세싱 회로.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제2 이미지가 상기 제1 이미지의 상기 제1 버전보다 낮은 해상도를 가지는 이미지 프로세싱 회로.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 모션 벡터가 상기 제1 이미지의 상기 제1 버전과 호환성을 가지며;
    상기 프로세서가 상기 모션 벡터를 상기 제2 이미지와 호환성을 가지도록 변경하는 이미지 프로세싱 회로.
  19. 제1 이미지의 제1 버전의 일부와 연관된 모션 벡터를 상기 제1 이미지의 상기 제1 버전과 상이한 해상도를 가지는 제2 이미지와 호환되도록 변경하고;
    상기 변경된 모션 벡터가 지시하는 상기 제2 이미지의 부분을 식별하고;
    상기 제1 이미지의 상기 제1 버전의 상기 일부를 표현하는 레시듀얼의 제1 그룹을 상기 제1 이미지의 제2 버전의 일부를 표현하는 레시듀얼의 제2 그룹으로 변환하며, 상기 제2 버전은 상기 제2 이미지와 동일한 해상도를 가지고;
    레시듀얼의 상기 제2 그룹과 상기 제2 이미지의 상기 식별된 부분을 표현하는 화소값들을 수학적으로 결합하여 상기 제1 이미지의 상기 제2 버전의 상기 일부를 표현하는 화소값들을 발생시키는 프로세서를 포함하는 이미지 프로세싱 회로.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제2 이미지와 상기 제1 이미지의 상기 제2 버전이 상기 제1 이미지의 상기 제1 버전보다 낮은 해상도를 갖는 이미지 프로세싱 회로.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 제2 이미지와 상기 제1 이미지의 상기 제2 버전이 상기 제1 이미지의 상기 제1 버전보다 낮은 해상도를 갖고;
    레시듀얼의 상기 제2 그룹이 레시듀얼의 상기 제1 그룹보다 적은 수의 레시듀얼을 가지는 이미지 프로세싱 회로.
  22. 제19항에 있어서,
    상기 프로세서가 상기 모션 벡터에 상기 제1 이미지의 상기 제1버전과 상기 제2 이미지 간의 스케일링 변수를 곱하여 상기 모션 벡터를 변경하는 이미지 프로세싱 회로.
  23. 제19항에 있어서,
    상기 변경된 모션 벡터가 최소 한 차원에서 1/2 화소보다 작은 해상도를 가지는 이미지 프로세싱 회로.
  24. 제19항에 있어서,
    상기 프로세서가 상기 제2 이미지의 상기 식별된 부분을 표현하는 화소값들을 계산하는 이미지 프로세싱 회로.
  25. 제19항에 있어서,
    상기 프로세서가 상기 제2 그룹 내의 각 레시듀얼을 상기 제2 이미지의 상기 식별된 부분을 표현하는 화소값들 중 대응하는 하나와 합산하여 수학적으로 결합시키는 이미지 프로세싱 회로.
  26. 제19항에 있어서,
    상기 제2 이미지의 상기 식별된 부분을 표현하는 상기 화소값들이 상기 제2 이미지의 실제 화소로부터 오프셋 되어 있는 보간된 화소들에 대응하는 이미지 프로세싱 회로.
  27. 제19항에 있어서,
    상기 프로세서가,
    레시듀얼의 상기 제1 그룹을 표현하는 변환값들의 제2 그룹으로부터 변환값들의 제1 그룹을 선택하고, 변환값들의 상기 제1 그룹은 변환값들의 상기 제2 그룹보다 작으며;
    변환값들의 상기 제1 그룹을 레시듀얼의 상기 제2 그룹으로 직접 변환하여 레시듀얼의 제1 그룹을 변환하는 이미지 프로세싱 회로.
  28. 소정의 해상도를 가지는 이미지의 제1 버전의 인코딩 된 부분을 수신하는 단계 ;
    상기 인코딩 된 부분을 상기 이미지의 상기 제1 버전과 상이한 해상도를 가지는 제2 버전의 디코딩된 부분으로 직접 변환하는 단계를 포함하는 방법.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 이미지의 상기 제1 버전의 해상도가 상기 이미지의 상기 제2 버전의 해상도보다 높은 방법.
  30. 제28항에 있어서,
    상기 수신 단계가 상기 이미지의 상기 인코딩 된 부분을 표현하는 변환값들을 수신하는 단계를 포함하고;
    상기 변환 단계가 상기 변환값들을 상기 이미지의 상기 제2 버전의 상기 디코딩된 부분을 표현하는 화소값들로 변환하는 단계를 포함하는 방법.
  31. 이미지의 제1 버전의 일부를 표현하는 변환값들의 제1 그룹을 수신하는 단계;
    상기 제1 그룹으로부터 상기 제1 그룹보다 작아지도록 변환값들의 제2 그룹을 선택하는 단계;
    상기 변환값들의 상기 제2 그룹을 상기 이미지의 제2 버전의 일부를 표현하는 화소값들의 제1 그룹으로 변환하되 상기 제2 버전이 상기 제1 버전보다 적은 수의 화소를 포함하도록 하는 단계를 포함하는 방법.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 이미지가 비디오 프레임을 포함하고;
    상기 비디오 프레임의 상기 제1 버전의 상기 일부가 인터레이스 되어 있지 않으며;
    상기 비디오 프레임의 상기 제2 버전의 상기 일부가 인터레이스 되어 있지 않으며;
    변환값들의 상기 제1 그룹이 변환값들의 8 x 8 블록을 포함하고, 상기 블록이 좌측 상단 사분면을 가지며;
    변환값들의 상기 제2 그룹이 상기 블록의 상기 좌측 상단 사분면으로부터의 상기 변환값들을 포함하는 방법.
  33. 제31항에 있어서,
    상기 이미지가 비디오 프레임을 포함하고;
    상기 비디오 프레임의 상기 제1 버전의 상기 일부가 인터레이스 되어 있으며;
    상기 비디오 프레임의 상기 제2 버전의 상기 일부가 인터레이스 되어 있으며;
    변환값들의 상기 제1 그룹이 변환값들의 8행 x 8열의 블록을 포함하고;
    변환값들의 상기 제2 그룹이 상기 블록의 처음 4개의 행 각각의 처음 3개 변환값들과 상기 블록의 최종 4행 각각의 처음 변환값을 포함하는 방법.
  34. 제31항에 있어서,
    변환값들의 상기 제1 그룹이 상기 이미지의 상기 제1 버전의 상기 일부를 표현하는 화소값들의 제2 그룹을 표현하고;
    상기 변환 단계가 화소값들의 상기 제2 그룹으로부터의 화소값들의 서브 그룹들과 연관된 변환 계수들을 수학적으로 결합하여 화소값들의 상기 제1 그룹 내의 각 화소값을 발생시키는 단계를 포함하는 방법.
  35. 제31항에 있어서,
    변환값들의 제1 그룹이 상기 이미지의 상기 제1 버전의 상기 일부를 표현하는 화소값들의 제2 그룹을 표현하고;
    상기 변환 단계가 화소값들의 상기 제2 그룹으로부터의 화소값들의 서브 그룹들과 연관된 변환 계수들의 그룹들을 가중화하는 단계, 및 변환 계수의 각 그룹 내에서 가중화된 변환 계수들을 수학적으로 결합하는 단계를 포함하는 방법.
  36. 제31항에 있어서,
    변환값들의 상기 제1 그룹이 상기 이미지의 제1 버전의 상기 일부를 표현하는 화소값들의 제2 그룹을 표현하고;
    상기 변환 단계가 화소값들의 상기 제2 그룹으로부터의 화소값들의 서브 그룹들과 연관된 변환 계수들의 그룹들을 가중화하는 단계, 및 변환 계수들의 각 그룹 내의 가중화된 변환 계수들 중 대응하는 계수들을 합산하는 단계를 포함하는 방법.
  37. 제31항에 있어서,
    변환값들의 상기 제1 그룹의 각 변환값들이 이산 코사인 변환값을 포함하고;
    변환값들의 상기 제1 그룹이 상기 이미지의 상기 제1 버전의 상기 일부를 표현하는 화소값들의 제2 그룹을 표현하고;
    상기 변환 단계는 화소값들의 상기 제2 그룹으로부터의 화소값들의 서브 그룹들과 연관된 역이산 코사인 변환 계수들의 그룹들을 가중화하는 단계, 가중화된 변환 계수들 중 대응하는 계수들을 합산하여 합산된 계수의 그룹들을 발생시키는 단계, 및 역이산 코사인 변환 알고리즘에 따라 변환값들의 상기 제2 그룹과 합산된 계수들의 상기 그룹들을 수학적으로 결합하는 단계를 포함하는 방법.
  38. 제1 이미지의 제1 버전의 일부와 연관된 모션 벡터를 변경하는 단계;
    상기 변경된 모션 벡터가 가리키는, 상기 제1 이미지의 상기 제1 버전과 상이한 해상도를 가지는 제2 이미지의 부분을 식별하는 단계; 및
    상기 제2 이미지의 상기 식별된 부분으로부터 상기 제1 이미지의 제2 버전의 일부를 발생시키되 상기 제1 이미지의 상기 제2 버전은 상기 제2 이미지와 동일한 해상도를 가지는 단계를 포함하는 방법.
  39. 제38항에 있어서,
    상기 제2 이미지가 상기 제1 이미지의 상기 제1 버전보다 낮은 해상도를 가지는 방법.
  40. 제38항에 있어서,
    상기 변경 단계가 상기 모션 벡터를 상기 제1 이미지의 상기 제1 버전과 호환성을 가지는 상태에서 상기 제2 이미지와 호환성을 가지는 상태로 변경하는 방법.
  41. 제1 이미지의 제1 버전의 일부와 연관된 모션 벡터를 상기 제1 이미지의 상기 제1 버전과 상이한 해상도를 가지는 제2 이미지와 호환성을 가지도록 변경하는 단계;
    상기 변경된 모션 벡터가 가리키는 상기 제2 이미지의 부분을 식별하는 단계;
    상기 제1 이미지의 상기 제1 버전의 상기 일부를 표현하는 레시듀얼의 제1 그룹을 상기 제1 이미지의 제2 버전의 일부를 표현하는 레시듀얼의 제2 그룹으로 변환하고, 상기 제2 버전은 상기 제2 이미지와 동일한 해상도를 가지는 단계;
    레시듀얼의 상기 제2 그룹과 상기 제2 이미지의 상기 식별된 부분을 표현하는 화소값들을 수학적으로 결합하여 상기 제1 이미지의 상기 제2 버전의 상기 일부를 표현하는 화소값들을 발생시키는 단계를 포함하는 방법.
  42. 제41항에 있어서,
    상기 제2 이미지 및 상기 제1 이미지의 상기 제2 버전은 상기 제1 이미지의 상기 제1 버전보다 낮은 해상도를 가지는 방법.
  43. 제41항에 있어서,
    상기 제2 이미지 및 상기 제1 이미지의 상기 제2 버전은 상기 제1 이미지의 상기 제1 버전보다 낮은 해상도를 가지고, 레시듀얼의 상기 제2 그룹은 레시듀얼의 상기 제1 그룹보다 적은 수의 레시듀얼을 가지는 방법.
  44. 제41항에 있어서,
    상기 변경 단계가 상기 모션 벡터에 상기 제1 이미지의 상기 제1 버전과 상기 제2 이미지 간의 스케일링 변수를 곱하는 단계를 포함하는 방법.
  45. 제41항에 있어서,
    상기 변경 단계가 상기 모션 벡터를 최소한 하나의 차원에서 1/2 화소보다 작은 해상도를 가지도록 변경하는 단계를 포함하는 방법.
  46. 제41항에 있어서,
    상기 제2 이미지의 상기 식별된 부분을 표현하는 화소값들을 계산하는 단계를 더 포함하는 방법.
  47. 제41항에 있어서,
    상기 수학적 결합 단계가 상기 제2 그룹 내의 각 레시듀얼을 상기 제2 이미지의 상기 식별된 부분을 표현하는 화소값들의 하나와 합산하는 단계를 포함하는 방법.
  48. 제41항에 있어서,
    상기 제2 이미지의 실제 화소들을 보간하여 상기 제2 이미지의 상기 식별된 부분을 표현하는 상기 화소값들을 계산하는 단계를 더 포함하는 방법.
  49. 제41항에 있어서,
    상기 변환 단계가,
    레시듀얼의 상기 제1 그룹을 표현하는 변환값들의 제2 그룹으로부터 상기제2 그룹보다 작은 변환값들의 제1 그룹을 선택하는 단계;
    변환값들의 상기 제1 그룹을 레시듀얼의 상기 제2 그룹으로 직접 변환하는 단계를 포함하는 방법.
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