KR20010098426A - 이미지 부호화 장치 및 방법, 이미지 복호화 장치 및방법, 이미지 기록 장치, 및 이미지 전송 장치 - Google Patents

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Abstract

복수의 MPEG-2 MP@ML 부호화 디바이스를 사용하여 간단한 제어에 의해 HDTV 신호를 고화질의 이미지로 부호화하기 위해, 이미지 분할 디바이스에서 입력 이미지를 4개로 분할하고, 분할된 이미지를 분할 이미지 부호화 디바이스에 입력하며, 4개의 분할 이미지 부호화 디바이스의 비트율의 합이 일정하게 되도록, 이전 프레임들의 발생 코드량 등에 기초하여 할당 비트율 연산부에서 분할 이미지 부호화 디바이스 내의 비트율을 설정하고, 분할된 이미지를 설정 비트율에 기초하여 분할 이미지 부호화 디바이스에서 MP@ML에 의해 부호화하는 이미지 부호화 장치 및 방법과, 이와 관련된 장치 및 방법이 개시된다.

Description

이미지 부호화 장치 및 방법, 이미지 복호화 장치 및 방법, 이미지 기록 장치, 및 이미지 전송 장치{IMAGE ENCODIG APPARATUS AND METHOD OF SAME, IMAGE DECODING APPARATUS AND METHOD OF SAME, IMAGE RECORDING APPARATUS, AND IMAGE TRANSMITTING APPARATUS}
본 발명은 동화상 이미지 신호, 가령, 고선명 TV(high definition television; HDTV) 신호를 압축하고 부호화하기 위한 이미지 부호화 장치 및 방법과, 부호화된 신호를 복호화하기 위한 이미지 복호화 장치 및 방법과, 부호화된 신호를 기록하기 위한 이미지 기록 장치와, 부호화된 신호를 전송하기 위한 이미지 전송 장치에 관한 것이다.
동화상 이미지 부호화 방법으로서, MPEG-2 규격 (ISO/IEC13818)이 널리 사용된다. MPEG-2에서는, 주로 기능들의 분류 (신택스의 차이)를 규정하기 위한 "프로파일"과, 이미지 크기 등의 처리량의 차이를 규정하기 위한 "레벨"의 개념을 도입하고, 지원가능한 부호화 성능들을 분류하고 있다. 가령, 720 ×480 화소 및 60 필드/초의 ITU-R601 이미지에 대해서는 MP@ML(Main Profile at Main Level)이 일반적으로 사용되고, 1920 ×1080 화소 및 60 필트/초의 HDTV 이미지에 대해서는 MP@HL(Main Profile at High Level)이 일반적으로 사용된다.
HDTV 신호와 같이 다수의 화소를 갖는 프레임 구조의 동화상 이미지 신호를 부호화 또는 복호화하기 위한 장치 즉, 가령 MP@HL의 부호화 및 복호화를 행하기 위한 장치는 초고속 처리가 요구되어, 구현이 어렵고 고가의 장치가 된다. 이와 비교해서, MP@ML 부호화 및 복호화용 장치는, MP@HL 장치에 비해 크기가 작으며 저속에서 동작할 수 있다. 또한, 이미 LSI로 제작되고 널리 사용되고 있어, 매우 저가로 얻을 수 있다.
따라서, 가령 미심사된 일본 특허 공개(Kokai) 번호 제10-234043호에 개시된동화상 이미지 부호화/복호화 장치에는, HDTV 신호와 같이 다수의 화소를 갖는 프레임 구조의 동화상 이미지 신호를 복수의 픽쳐(ficture)로 분할하고, 분할된 픽쳐 신호를 MP@ML 장치에 의해 부호화/복호화하고, 이 처리 결과들을 통합하여 MP@HL 부호화/복호화를 행하는 방법이 제안되어 있다.
본 발명에 의해 해결되는 단점을 요약하면, 전술한 일본 특허 공개(Kokai) 번호 제10-234043호에 개시된 동화상 이미지 부호화 장치에서는, 분할된 영역에 생성되는 코드량이 균일하게 되도록 부호화가 제어된다. 이러한 이유로, 분할된 픽쳐들의 이미지들의 복잡도(complexity)가 다양하면, 복잡한 이미지로 된 픽쳐에 할당된 코드량이 충분하지 않아 화질이 저하되는 단점이 있다.
이러한 단점을 해결하기 위해서는, 가령 매 프레임당 타겟 비트, 최대 비트 및 최소 비트, 또는 다른 값들을 설정함으로써 복수의 MP@ML 부호화 디바이스 각각에 적당한 코드량을 할당할 필요가 있다. 그런데, 이러한 제어는 복잡하다. 또한, 이전 프레임의 부호화가 종료되고 코드량과 같은 정보가 획득될 때로부터, 다음 픽쳐의 부호화가 개시될 때까지, 매우 단기간에 처리되어야 한다. 따라서, 고속이 요구되는 매우 어려운 처리가 된다.
또한, 이러한 구성에서, 분할된 각 픽쳐에 대해 생성되는 코드량의 최대값에 대해서는, 모든 픽쳐에 대한 코드량의 제어값을 고려해야 한다. 따라서, 복호화측의 입력단의 버퍼로서, 모든 분할된 픽쳐마다 MP@ML 복호화 장치의 전단에 모든 픽쳐의 코드들을 버퍼링할 수 있는 용량을 갖는 버퍼를 제공할 필요가 있어, 버퍼의 필요 용량의 증가와 같은 단점이 발생한다.
또한, 이러한 방식으로 복수의 부호기를 사용하여 하나의 동화상 이미지를 부호화하는 경우, 가령 미심사된 일본 특허 공개(Kokai) 번호 제11-252550호에 개시된 바와 같이, 일반적으로 VBV 버퍼로서 단일 버퍼가 사용된다.
단일 VBV 버퍼를 사용함이 요망될 때, 부호화 장치 전체를 제어하기 위한 제어 수단은, 단일 VBV 버퍼의 이미지를 갖고, 복수의 부호기 각각으로부터 버퍼에 저장된 데이터량의 정보를 획득하며, 이에 기초하여 버퍼의 점유율을 검출하고, 이에 기초하여 각 부호기에 대한 레이트 제어를 행한다.
그러나 이 경우에도 이러한 정보의 전송 및 처리는, 한 픽쳐의 부호화의 종료 후와 다음 픽쳐의 부호화의 개시 전의 매우 단기간에 수행되어야 하므로, 정보의 전송 및 처리에 있어 매우 높은 능력이 필요한 단점이 있다.
복수의 부호기에 의해 가변 비트율로 부호화된 비트 스트림을 다중화하고 이를 일정 비트율의 하나의 비트 스트림으로 일괄적으로 전송하는 방법으로서, 통계적 다중화라 불리는 방법이 공지되어 있다. 특히, 데이터량이 전송선 및 부호기 또는 복호기의 용량 이내가 되도록 제어하기 위한 방법이 국제 특허 공개 공보 제W098/32252호에 개시되어 있다.
그러나, 가령 HDTV 포맷의 동화상 이미지 신호를 분할하고, SDTV용 부호기를 사용하여 각 분할 신호를 가변 비트율로 부호화하고, 출력된 복수의 비트 스트림을 일정 비트율을 갖는 단일 비트 스트림로 통합할 때, 그 처리가 통계적 다중화와 다르므로, 통계적 다중화와 동일한 수법이 적용될 수 없다.
본 발명의 한 목적은, HDTV 신호와 같이 다수의 화소를 갖는 동화상 이미지 신호를 간단한 제어로서 고화질의 이미지로 부호화할 수 있는 이미지 부호화 장치 및 이미지 부호화 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 이러한 방식으로 부호화된 동화상 이미지 신호를, 작은 용량의 버퍼를 사용하여 저 비용으로 간단한 제어에 의해 고화질의 이미지로 복호화할 수 있는 이미지 복호화 장치 및 이미지 복호화 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 이러한 방식으로 부호화된 동화상 이미지 신호를 기록하기 위한 이미지 기록 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 이러한 방식으로 부호화된 동화상 이미지 신호를 전송하기 위한 이미지 전송 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 특징에 따르면, 입력 이미지 신호를 분할하여 N개의 분할된 이미지 신호를 생성하기 위한 분할 수단; 생성된 N개의 분할 이미지 신호의 비트율의 합이 선정된 값에 이르도록, 생성된 N개의 분할 이미지 신호 각각에 대해 비트율을 할당하기 위한 비트율 할당 수단; 생성된 N개의 분할 이미지 신호를 할당된 비트율에 따라 부호화하여 N개의 비디오 스트림을 생성하기 위한 부호화 수단; 및 생성된 N개의 비디오 스트림을 하나의 비디오 스트림으로 통합하기 위한 통합 수단을 포함하는 이미지 부호화 장치가 제공된다.
바람직하게는, 상기 부호화 수단은, 생성된 N개의 분할 이미지 신호를 할당된 비트율에 따라 부호화하여 부호화된 비디오 스트림을 생성하기 위해 병렬로 동작할 수 있는 N개의 부호화 디바이스를 구비한다.
더욱 바람직하게는, 상기 부호화 수단은, N개의 부호화 디바이스에서 생성된 비디오 스트림을 저장하기 위해 선정된 용량을 갖는 N개의 버퍼를 구비한다.
더욱 바람직하게는, 상기 부호화 수단은, 통합 수단에 의해 통합된 비디오 스트림을 저장하기 위해 선정된 용량을 갖는 버퍼를 구비한다.
보다 바람직하게는, N개의 부호화 디바이스 각각은 VBV(비디오 버퍼링 검증기; video buffering verifier) 버퍼를 구비하며, N개의 부호화 디바이스는 VBV 버퍼들의 점유율에 기초하여 부호화를 행한다.
바람직하게는, N개의 부호화 수단은, 할당된 비트율에 기초하여 다음 픽쳐를 부호화할 때 VBV 버퍼에서 언더플로우(underflow)를 야기하지 않는 발생 비트의 최대값을 계산하고, 최대값의 범위 내에서 부호화를 행한다.
보다 바람직하게는, N개의 부호화 디바이스 각각은, 자신의 VBV 버퍼에서 언더플로우를 야기하지 않는 발생 비트의 최대값보다 충분히 작은 선정된 값의 범위 내에서 부호화를 수행한다.
구체적으로, N개의 부호화 디바이스 각각은 다음 수학식 1에 의해 최대 발생 비트 "b"를 계산하고 최대 발생 비트 "b"의 범위 내에서 부호화를 행한다.
여기서, "a"는 다음 픽쳐의 부호화 직전까지 증가하는 버퍼 점유율이고, "c"는 VBV 버퍼에서 언더플로우를 야기하지 않는 발생 비트의 최대값이다.
보다 바람직하게는, 상기 부호화 장치는, N개의 부호화 디바이스의 VBV 버퍼의 점유율을 원하는 상태로 조절하기 위한 VBV 버퍼 점유율 제어 수단을 구비한다.
보다 바람직하게는, VBV 버퍼 점유율 제어 수단은, 픽쳐들의 비디오 스트림의 출력 시에 VBV 버퍼의 점유율의 중간 값이 N개의 부호화 디바이스의 VBV 버퍼 내에서 동일하게 되도록, N개의 부호화 디바이스의 VBV 버퍼의 점유율을 조절한다.
구체적으로, 입력 이미지 신호는 HDTV 신호를 포함할 수 있으며, N개의 부호화 디바이스는 SDTV 신호 부호화 디바이스를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 비트율 할당 수단은, 다음 수학식 2로부터 i번째 (i = 1 내지 N) 부호화 디바이스 내의 (n+1)번째 프레임의 비트율 Ri,n+1을 계산하고, 이를 i번째 부호화 디바이스에 할당한다.
여기서, Xi,n = Si,n ×Qi,n이고, Si,n은 i번째 부호화 디바이스 내의 프레임 n의 발생 코드 비트이며, Qi,n은 i번째 부호화 디바이스 내의 프레임 n의 평균 양자화 스케일 코드이고, R은 N개의 분할 이미지 신호의 비트율들의 합이다.
본 발명의 제2 특징에 따르면, 입력 이미지 신호를 분할하여 N개의 분할된 이미지 신호를 생성하는 단계; 생성된 N개의 분할 이미지 신호의 비트율의 합이 선정된 값에 이르도록, 생성된 N개의 분할 이미지 신호 각각에 대해 비트율을 할당하는 단계; 생성된 N개의 분할 이미지 신호를 할당된 비트율에 따라 부호화하여 N개의 비디오 스트림을 생성하는 단계; 및 생성된 N개의 비디오 스트림을 하나의 비디오 스트림으로 통합하는 단계를 포함하는 이미지 부호화 방법이 제공된다.
본 발명의 제3 특징에 따르면, 단일의 이미지 신호를 N개의 분할 이미지 신호로 분할하고, 이들을 가변적인 비트율로 부호화하고, 생성된 N개의 비디오 스트림을 통합함으로써 얻은 선정된 비트율의 비디오 스트림을 입력으로 수신하여, 입력 비디오 스트림을 N개의 비디오 스트림으로 분리하기 위한 분리 수단; 분리된 N개의 비디오 스트림 각각을 복호화하여 n개의 이미지 신호를 생성하기 위한 복호화 수단; 및 생성된 N개의 이미지 신호를 하나의 이미지 신호로 결합하기 위한 결합 수단을 포함하는 이미지 복호화 장치가 제공된다.
본 발명의 제4 특징에 따르면, 단일의 이미지 신호를 N개의 분할 이미지 신호로 분할하고, 이들을 가변적인 비트율로 부호화하고, 생성된 N개의 비디오 스트림을 통합함으로써 얻은 선정된 비트율의 비디오 스트림을 입력으로 수신하여, 관련된 입력 비디오 스트림을 N개의 비디오 스트림으로 분리하는 단계; 분리된 N개의 비디오 스트림 각각을 복호화하여 n개의 이미지 신호를 생성하는 단계; 생성된 N개의 이미지 신호를 하나의 이미지 신호로 결합하는 단계를 포함하는 이미지 복호화 방법이 제공된다.
본 발명의 제5 특징에 따르면, 입력 이미지 신호를 분할하여 N개의 분할 이미지 신호를 생성하기 위한 분할 수단; 생성된 N개의 분할 이미지 신호의 비트율의 합이 선정된 값에 이르도록, 생성된 N개의 분할 이미지 신호 각각에 대해 비트율을 할당하기 위한 비트율 할당 수단; 생성된 N개의 분할 이미지 신호를 할당된 비트율에 따라 부호화하여 N개의 비디오 스트림을 생성하기 위한 부호화 수단; 생성된 n개의 비디오 스트림을 하나의 비디오 스트림으로 통합하기 위한 통합 수단; 및 통합된 비디오 스트림을 기록 매체 상에 기록하기 위한 기록 수단을 포함하는 이미지 기록 장치가 제공된다.
본 발명의 제6 특징에 따르면, 입력 이미지 신호를 분할하여 N개의 분할 이미지 신호를 생성하기 위한 분할 수단; 생성된 N개의 분할 이미지 신호의 비트율의 합이 선정된 값에 이르도록, 생성된 N개의 분할 이미지 신호 각각에 대해 비트율을 할당하기 위한 비트율 할당 수단; 생성된 N개의 분할 이미지 신호를 할당된 비트율에 따라 부호화하여 N개의 비디오 스트림을 생성하기 위한 부호화 수단; 생성된 n개의 비디오 스트림을 하나의 비디오 스트림으로 통합하기 위한 통합 수단; 및 통합된 비디오 스트림을 전송하기 위한 전송 수단을 포함하는 이미지 전송 장치가 제공된다.
본 발명의 이들 및 다른 목적과 특징들은, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 대한 후속의 설명으로 보다 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예의 동화상 이미지 부호화 장치의 구성을 나타내는 블록도.
도 2는 도 1의 동화상 이미지 부호화 장치에 입력되는 HDTV 비디오 신호와 그 분할 방법을 설명하기 위한 도면.
도 3은 슬라이스(slice) 단위로 나누어진 비디오 스트림의 배열을 설명하기 위한 도면.
도 4는 도 1의 동화상 이미지 부호화 장치의 4개의 분할 이미지 부호화 디바이스의 버퍼의 데이터 점유율의 일례를 나타내는 도면.
도 5는 도 4의 버퍼들의 데이터 점유율의 합을 나타내는 도면.
도 6은 도 1의 동화상 이미지 부호화 장치의 비디오 스트림 통합 디바이스에서 통합된 비디오 스트림이 선정된 전송율의 대역에 걸쳐 전송되는 상태를 나타내는 도면.
도 7은 본 발명의 제1 실시예의 동화상 이미지 복호화 장치의 구성을 나타내는 블록도.
도 8은 본 발명의 제2 실시예의 동화상 이미지 복호화 장치의 구성을 나타내는 블록도.
도 9는 본 발명의 제2 실시예의 동화상 이미지 부호화 장치의 구성을 나타내는 블록도.
도 10은 본 발명의 제3 실시예의 동화상 이미지 복호화 장치의 구성을 나타내는 블록도.
도 11은 본 발명의 제3 실시예의 동화상 이미지 부호화 장치의 구성을 나타내는 블록도.
도 12는 이미지의 입력, 부호화, 데이터 전송, 및 비트율 갱신에 대한 연산 처리의 시간 관계를 나타내는 도면.
도 13은 쉬운 이미지가 연속적으로 입력되었던 부호화 장치에 어렵고 복잡한 이미지가 갑자기 입력되는 경우의 VBV 버퍼의 점유율과 비트율 간의 관계를 설명하는 도면.
도 14a는 복수의 VBV 버퍼의 점유율을 나타내는 도면.
도 14b는 각 VBV 버퍼의 점유율을 나타내는 도면.
도 15는 본 발명의 제4 실시예의 동화상 이미지 부호화 장치의 구성을 나타내는 블록도.
도 16은 도 15의 동화상 이미지 부호화 장치의 각 분할 이미지 부호화 디바이스의 VBV 버퍼의 점유율의 제어 상태를 설명하기 위한 도면.
도 17은 도 15의 동화상 이미지 부호화 장치의 VBV 버퍼 점유율 제어부의 동작을 설명하는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
101 : 동화상 이미지 부호화 장치
110 : 이미지 분할 디바이스
120-1: 분할 이미지 부호화 디바이스 A
120-2: 분할 이미지 부호화 디바이스 B
120-3: 분할 이미지 부호화 디바이스 C
120-4: 분할 이미지 부호화 디바이스 D
130-1, 130-2,130-3, 및 130-4: 프로세서
150-1, 150-2, 150-3, 및 150-4: 버퍼
160 : 비디오 스트림 통합 디바이스
170 : 제어 디바이스
171 : 할당 비트율 연산부
172 : 제어부
300 : 비디오 테이프
제1 실시예
도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 제1 실시예를 설명한다.
제1 실시예에서는, 본 발명에 따른 기본적인 동화상 이미지 부호화 장치 및 동화상 이미지 복호화 장치가 예시된다.
우선, 동화상 이미지 부호화 장치에 대해 설명한다.
도 1은 제1 실시예의 동화상 이미지 부호화 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
이 동화상 이미지 부호화 장치(101)는 이미지 분할 디바이스(101), 제1 내지 제4 분할 이미지 부호화 디바이스(120-1내지 120-4), 비디오 스트림 통합 디바이스(160), 및 제어 디바이스(170)를 구비한다.
우선, 동화상 이미지 부호화 장치(101)의 일부 구성에 대해서 설명한다.
이미지 분할 디바이스(110)는 입력 동화상 이미지 신호의 각 프레임 이미지를 모든 선정된 영역마다 4개의 이미지 신호로 분할하고, 이를 제1 내지 제4 분할 이미지 부호화 디바이스(120-1내지 120-4)로 출력한다.
동화상 이미지 부호화 장치(101)에 입력된 동화상 이미지 신호는 도 2에 도시된 바와 같은 HDTV 신호 즉, 수평 1920 화소 ×수직 1080 라인의 휘도 신호와 수평 960 화소 ×수직 1080 라인의 색차 신호로 구성된 4:2:2 포맷의 인터레이스(interlace) 신호이다. 또한, 프레임율은 30 프레임/초이다.
이미지 분할 디바이스(110)는 우선 필터링에 의해 휘도 신호를 수평 방향으로 1440 화소로 변환하고, 색차 신호를 수평 방향으로 720 화소로 변환한다. 또한, 수직 방향에 있어서, MPEG-2 규격은 인터레이스 이미지에서 라인의 수가 32 라인의 배수가 되도록 요구하므로, 휘도 신호 및 색차 신호 모두에 있어 이미지 하단에 8 라인의 더미 데이터가 주어져, 1088 라인을 얻게 된다.
다음으로, 이미지 분할 디바이스(110)는 이러한 방식으로 크기가 변환된 이미지를 도 2에 도시된 바와 같이 4개의 영역 A, B, C, 및 D로 분할하고, 분할된 영역의 이미지 신호들을 제1 내지 제4 분할 이미지 디바이스(120-1내지 120-4)로 출력한다. 가령, 휘도 신호는 수평 720 화소 ×수직 544 라인의 4개 신호로 분할된다.
제1 내지 제4 분할 이미지 부호화 디바이스(120-1내지 120-4)는 분할된 영역의 입력 이미지 신호를 부호화 및 버퍼링하고, 이들을 요구되는 선정된 레이트로 비디오 스트림 통합 디바이스(160)로 출력한다.
각 분할 이미지 부호화 디바이스(120-i) (i = 1 내지 4)는 프로세서(130-i) 및 버퍼(150-i)를 구비한다.
프로세서(130-i)는 MPEG-2에 의해 입력 이미지 신호를 부호화하는 일반적인 MPEG-2 MP@ML 부호기이다. 또한, 생성된 비디오 스트림은 픽쳐 단위로 버퍼(150-i)에 실질적으로 순간적으로 출력된다.
NTSC 시스템은 때로 수직 480 라인까지만 다룰 수 있다. 따라서, 본 실시예의 프로세서(130-i)는 수직 576 라인까지 다루는 PAL 모드에서 부호화를 행하는 것으로 가정되었다. 이 때, 프레임율은 PAL 모드에서 25 프레임/초이므로, 부호화는 클럭 주파수를 높임으로써 30 프레임/초로 수행된다.
버퍼(150-i)는 프로세서(130-i)로부터 입력된 부호화된 비디오 스트림을 일시적으로 저장하고, 이를 제어 디바이스(170)의 할당 비트율 연산부(171)로부터 지시되는 비트율로 비디오 스트림 통합 디바이스(160)로 출력한다.
따라서, MPEG-2 MP@ML 비디오 스트림이 제1 내지 제4 분할 이미지 부호화 디바이스(120-1내지 120-4)로부터 출력된다.
동화상 이미지 부호화 장치(101)에 입력 동화상 이미지 신호의 포맷이 4:2:2이지만, 이는 프로세서(130-i)에서 4:2:0 포맷으로 변환된다. 따라서, 분할 이미지 부호화 디바이스(120-i)로부터 출력되는 비디오 스트림은 4:2:0 포맷의 동화상 이미지 신호의 비디오 스트림이다.
비디오 스트림 통합 디바이스(160)는 제1 내지 제4 분할 이미지 부호화 디바이스(120-1내지 120-4)로부터 출력되는 4개의 MPEG-2 MP@HL 비디오 스트림을 결합하여 단일의 MPEG-2 MP@HL 비디오 스트림을 생성한다.
즉, 4개의 MPEG-2 MP@ML 비디오 스트림은 슬라이스 단위로 나뉘고 단일의 비디오 스트림으로 재구성되어, 단일의 MPEG-2 MP@HL 비디오 스트림을 얻는다. 이 때, 슬라이스 단위보다 큰, 사용자 데이터, 확장 데이터, 픽쳐 레벨의 헤더 데이터, GOP 및 시퀀스 중 하나면 충분하다. 따라서, 제1 분할 이미지 부호화 디바이스(120-i)(분할 이미지 부호화 디바이스 A)로부터 출력되는 비디오 스트림만이 사용된다. 제2 내지 제4 분할 이미지 부호화 디바이스(120-2내지 120-4)(분할 이미지 부호화 디바이스 B 내지 D)로부터 출력되는 비디오 스트림은 폐기된다.
보다 구체적으로는, 비디오 스트림 통합 디바이스(160)는, 제1 내지 제4 분할 이미지 부호화 디바이스(120-1내지 120-4)에서 부호화가 시작된 이후에, 4개의 분할 이미지 부호화 디바이스(120-1내지 120-4)로부터 출력되는 4개의 비디오 스트림 각각에 제1 슬라이스 개시 코드가 나타날 때까지, 제1 분할 이미지 부호화 디바이스(120-1)(분할 이미지 부호화 디바이스 A)로부터 출력되는 비디오 스트림만을 출력하고, 제2 내지 제4 분할 이미지 부호화 디바이스(120-2내지 120-4)(분할 이미지 부호화 디바이스 B 내지 D)로부터 출력되는 비디오 스트림은 폐기한다.
또한, 동시에, 단일 MPEG-2 MP@HL 비디오 스트림에 대해 재기입을 필요로 하는 파라미터들, 가령, 수평 화소 크기, 수직 화소 크기, 영상비(aspect ratio) 정보, 비트율, VBV 버퍼 크기, 및 VBV 지연을, 제어 디바이스(170)의 제어부(172)로부터의 명령 또는, 가능한 경우, 분할 이미지 부호화 디바이스(120-i) (i = 1 내지 4)로부터 출력되는 비디오 스트림의 값으로부터 계산된 값들에 따라, 재기입한다.
제1 내지 제4 분할 이미지 부호화 디바이스(120-1내지 120-4)에서 모션 벡터의 탐색 범위를 나타내는 F 코드를 픽쳐 단위의 동일한 값으로 재개입하려고 할 때, 모션 벡터 값의 변환 및 재기입이 또한 필요하게 되고 처리가 복잡해진다. 따라서, 각 픽쳐의 부호화 이전에 제어부(172)에서 각 분할 이미지 부호화 디바이스(120-i) (i = 1 내지 4)에 동일한 값을 미리 설정하는 것이 바람직하다.
슬라이스 개시 코드가 슬라이스 단위로 나뉜 이후의 비디오 스트림은, 도 3에 도시된 바와 같이, A1, B1, A2, B2, ..., A34, B34, C1, D1, C2, D2, ..., C34, D34의 순으로 재배치되어 출력된다.
이 때, 슬라이스의 수직 위치 정보를 나타내는 슬라이스 헤더의 값이 필요에 따라 보정값으로 재기입된다. 또한, 슬라이스의 제1 매크로 블록 내의 수평 위치정보를 나타내는 매크로 블록 어드레스 증분은 필요에 따라 보정값으로 재기입된다.
비디오 통합 디바이스(160)가 슬라이스 D34의 비디오 스트림을 출력한 후에 시퀀스 종료 코드가 분할 이미지 부호화 디바이스로부터 출력되면, 도 1의 비디오 스트림 통합 디바이스는 하나의 시퀀스 종료 코드를 출력하고 합성을 종료하거나 다음 시퀀스 개시 코드의 입력을 대기한다.
또한, 어떠한 시퀀스 종료 코드도 출력되지 않으면, 다음 픽쳐 개시 코드 또는 그룹 개시 코드(GOP의 개시 코드)가 출력되어, 유사한 처리가 반복된다.
제어 디바이스(170)는 동화상 이미지 부호화 장치(101)가 의도한 동작을 수행하도록 부분들을 제어한다.
제어 디바이스(170)는 할당 비트율 연산부(171) 및 제어부(172)를 구비한다.
할당 비트율 연산부(171)는 4개의 분할 이미지 부호화 디바이스(120-1내지 120-4)(부할 이미지 부호화 디바이스 A, B, C, D)로 하여금 이미지의 복잡도에 따라 가변 레이트로 부호화를 수행하도록 하며, 동시에, 동일한 픽쳐 번호를 갖는 이미지들에 있어서 발생 비트율의 합이 일정한 값 R이 되도록 제어한다. 이러한 목적에서, 할당 비트율 연산부(171)는 픽쳐 단위로 제1 내지 제4 분할 이미지 부호화 디바이스(120-1내지 120-4)(분할 이미지 부호화 디바이스 A, B, C, D)에 발생 비트율을 지시한다.
즉, 할당 비트 연산부(171)는, 제1 내지 제4 분할 이미지 부호화디바이스(120-1내지 120-4)(분할 이미지 부호화 디바이스 A 내지 D)로부터 입력된 모든 프레임마다의 발생 코드 비트 Sa,n 내지 Sd,n (n은 프레임 번호) 및 평균 양자화 스케일 코드 Qa,n 내지 Qd,n (n은 프레임 번호)에 기초하여 제1 내지 제4 분할 이미지 부호화 디바이스(120-1내지 120-4)(분할 이미지 부호화 디바이스 A 내지 D)로부터 출력되는 다음 프레임의 할당 비트율 Ra,n+1 내지 Rd,n+1 (n은 프레임 번호)을 계산하고, 이들을 분할 이미지 부호화 디바이스 120-i(i = 1 내지 4)에 지시한다.
구체적으로는, 할당 비트 연산부(171)은 다음 수학식 3에 의해 분할 이미지 부호화 디바이스(120-i)의 다음 프레임의 할당 비트율 Ra,n+1 내지 Rd,n+1을 계산한다:
여기서, Xa,n = Sa,n ×Qa,n이고, Xb,n = Sb,n ×Qb,n이며, Xc,n = Sc,n ×Qc,n이고, Xd,n = Sd,n ×Qd,n이며, R = 동화상 이미지 부호화 장치(101)의 출력 비트율이다.
제어 디바이스(172)는 동화상 이미지 부호화 장치(101)가 의도한 연산을 행하도록 각 제어부를 제어한다.
다음으로, 동화상 이미지 부호화 장치(101)의 동작에 대해 설명한다.
예를 들어, 수평 1920 화소 ×수직 1080 라인의 휘도 신호와 수평 960 화소 ×수직 1080 라인의 색차 신호로 구성된 HDTV 비디오 신호가 동화상 이미지 부호화 장치(101)에 입력되면, 우선 이미지 분할 디바이스(110)는, 휘도 신호를 수평 방향으로 1440 화소로 변환하고, 색차 신호를 수평 방향으로 720 화소로 변환한다. 또한, 이미지 분할 디바이스(110)는 수직 방향에 있어서 휘도 신호 및 색차 신호 모두에 대해 이미지의 하단에 8 라인의 더미 데이터를 첨부하여 1088 라인을 얻는다. 그 다음, 이러한 방식으로 변환된 이미지 신호를 도 2에 도시된 바와 같이 4개의 영역 A, B, C, 및 D로 분할하고 제1 내지 제4 분할 이미지 부호화 디바이스(120-1내지 120-4)로 이들을 출력한다.
제1 내지 제4 분할 이미지 부호화 디바이스(120-1내지 120-4)의 프로세서 130-i(i = 1 내지 4)는, 이미지 복잡도에 따라 적당한 코드량, 즉 가변 레이트로, 수평 720 ×수직 544 라인의 입력 이미지 신호를 부호화하는 MPEG-2 MP@ML 부호기이다.
다음으로, 부호화된 비디오 스트림은 분할 이미지 부호화 디바이스(120-i) 내의 버퍼(150-i)에 저장된다.
전술한 바와 같이, 제1 내지 제4 분할 이미지 부호화 디바이스(120-1내지 120-4)는 가변 비트율로 부호화하기 때문에, 분할 이미지 부호화 디바이스 A 내지 D의 버퍼(150-1내지 150-4)의 데이터 점유율은 도 4에서와 같이 변화된다.
또한, 동화상 이미지 부호화 장치(101)은 픽쳐 단위로 4개의 비디오 스트림을 시분할로 다중화하여 전송을 위한 하나의 비디오 스트림을 형성한다. 이 장치는 4개의 비디오 스트림을 단지 병렬로 전송하지 않는다. 따라서, 버퍼 점유율의 합의 변화는 도 5와 같이 된다.
이 때, 발생 코드 비트와 평균 양자화 스케일 코드의 정보는 다음 프레임의 출력 비트율의 할당을 계산하기 위해 사용되므로, 할당 비트율 연산부(171)로 출력된다.
할당 비트율 연산부(171)는, 프로세서(130-i)로부터 입력된 이전 프레임의 발생 코드 비트 및 평균 양자화 코드에 기초하여, 그리고 상기 수학식 2에 기초하여, 분할 이미지 부호화 디바이스(120-i)에 입력 비트율을 할당한다.
버퍼(150-i)에 저장된 비디오 스트림은 할당 비트율 연산부(171)에 의해 할당된 비트율로 비디오 스트림 통합 디바이스(160)에 출력되고, 비디오 스트림 통합 디바이스(160)에서 하나의 MPEG-2 MP@HL 비디오 스트림으로 합성된다. 즉, 이들은 슬라이스 단위로 나뉘고, 비디오 스트림 통합 디바이스(160)로부터 도 3에 도시된 바와 같이 A1, B1, A2, B2, ..., A34, B34, C1, D1, C2, D2, ..., C34, 및 D34의 순으로 재배열되어 출력된다.
이 때, 4개의 분할 이미지 부호화 디바이스(120-1내지 120-4)(분할 이미지부호화 디바이스 A, B, C, 및 D)의 부호화의 비트율 Ra(t), Rb(t), Rc(t), 및 Rd(t)는 시간에 따라 변화하므로, 비디오 스트림 통합 디바이스(160)는 Ra(t) + Rb(t) + Rc(t) + Rd(t)가 R (= 상수)이 되도록 제어를 행한다.
이러한 방식으로 생성된 MPEG-2 MP@HL 비디오 스트림은 필요에 따라 오디오 신호와 다중화되고 나서, 전송선으로부터 전송되거나 도 1에 도시된 바와 같은 비디오 테이프(300) 등의 기록 매체에 저장된다.
예를 들어, 이러한 방식으로 통합된 비디오 스트림이 전송율 R의 대역을 통해 전송되는 경우가 도 6에 도시되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 이미지 신호들은 라인 방향으로 통합되어, 도 6의 원 내에 표시된 순서로 전송된다.
다음으로, 제1 실시예의 동화상 이미지 복호화 장치를 설명한다.
도 7은 본 실시예의 동화상 이미지 복호화 장치(201) 구성을 나타내는 블록도이다.
동화상 이미지 복호화 장치(201)는, 비디오 스트림 분리 디바이스(210), 제1 내지 제4 분할 이미지 복호화 디바이스(220-1내지 220-4)(분할 이미지 복호화 디바이스 A 내지 D), 이미지 합성 디바이스(260), 및 제어 디바이스(270)를 포함한다.
우선, 동화상 이미지 복호화 장치(201)의 구성을 설명한다.
비디오 스트림 분리 디바이스(210)는 입력 비디오 스트림, 가령, 비디오 테이프(300)로부터 재생되고 필요에 따라 오디오 신호로부터 분리된 하나의 MPEG-2 MP@HL 비디오 스트림을, 4개의 MPEG-2 MP@ML 비디오 스트림으로 분리하고, 제1 내지 제4 분할 이미지 복호화 장치(220-1내지 220-4)로 이를 출력한다.
즉, 기본적으로 하나의 MPEG-2 MP@HL 비디오 스트림을 슬라이스 단위로 나누고, 이들을 4개로 분할하며, 이들을 재구성함으로써 4개의 MPEG-2 MP@ML 비디오 스트림을 얻는다. 슬라이스 단위보다 큰, 시퀀스, GOP, 픽쳐 레벨의 헤더 데이터, 확장 데이터, 및 사용자 데이터는 공통이기 때문에, 동일한 비디오 스트림이 4개로 사용된다.
보다 구체적으로는, 시퀀스 개시 코드가 입력 비디오 스트림에 나타나면, 비디오 스트림 분리 디바이스(210)는, 시퀀스 개시 코드로부터, 4개의 제1 내지 제4 분할 이미지 복호화 디바이스(220-1내지 220-4) 모두에 제1 슬라이스 개시 코드가 나타날 때까지 입력 비디오 스트림을 출력한다.
동시에, 제어 디바이스(270)로부터의 지시에 기초하여 4개의 MPEG-2 MP@HL 비디오 스트림, 가령, 수평 화소 크기, 수직 화소 크기, 영상비 정보, VBV 버퍼 크기, 및 VBV 지연을 획득하기 위해 재기입되어야 하는 파라미터들을 재기입한다.
VBV 지연의 값은 부호화 시에 획득될 수 없으나, 범용 복호기는 이 값을 0xFFFF로 설정하여 복호화할 수 있다.
수평 화소 크기 및 수직 화소 크기의 4 세트는 입력 비디오 스트림으로부터 구해질 수 있으나, 복잡한 연산이 필요하다. 따라서, 이들 파라미터는 전체 시스템 내에서 고정된 값으로 설정되거나 소정의 방법으로 제어 디바이스로부터 지시되는 것이 바람직하다.
또한, 비트율의 값이 부호화 시에 획득될 수 없으나, 본래의 비트율보다 큰 값으로 설정되면, 범용 복호기는 복호화할 수 있기 때문에, 입력 시의 값은 재기입없이 출력값으로 사용된다.
비디오 스트림에 기입된 비트율의 값은 때때로 MP@ML의 최대 비트율보다 크지만, 실제 비트율의 값은 최대 비트율보다 작기 때문에 (부호화 시에 부호화되기 때문임), 단점은 없다. 복호기가 양호하게 복호화할 수 없으면, 비트율의 값은 MP@ML의 최대 비트율로 재기입될 수 있다.
슬라이스 개시 코드 이후의 비디오 스트림은 슬라이스 단위로 나뉜다. 비디오 스트림에서 나뉜 슬라이스 단위는 제1 내지 제4 분할 이미지 복호화 디바이스(220-1내지 220-4)로 분배되어 출력된다.
비디오 스트림에서 나뉜 슬라이스 단위는 도 3에 도시된 바와 같이 A1, B1, A2, B2, ..., A34, B34, C1, D1, C2, D2, ..., C34, D34의 순으로 배열된다. 따라서, 이들은 A1, A2, ..., A34의 순으로 제1 분할 이미지 복호화 디바이스(220-1)(분할 이미지 복호화 디바이스 A)에, B1, B2, ..., B34의 순으로 제2 분할 이미지 복호화 디바이스(220-2)(분할 이미지 복호화 디바이스 B)에, C1, C2, ..., C34의 순으로 제3 분할 이미지 복호화 디바이스(220-3)(분할 이미지 복호화 디바이스 C)에, D1, D2, ..., D34의 순으로 제4 분할 이미지 복호화 디바이스(220-4)(분할 이미지 복호화 디바이스 D)에 출력된다.
이 때, 슬라이스의 수직 위치 정보를 나타내는 슬라이스 헤더의 값은 필요에 따라 보정값에 재기입된다. 또한, 슬라이스의 제1 매크로 블록 내의 수평 위치 정보를 나타내는 매크로 블록 어드레스 증분이 필요에 따라 보정값에 재기입된다.
다음으로, 비디오 스트림 분리 디바이스(210)가 비디오 스트림의 슬라이스 D34를 출력한 이후에 시퀀스 종료 코드를 입력으로서 수신할 때, 제1 내지 제4 분할 이미지 복호화 디바이스(220-1내지 220-4) 모두에 시퀀스 종료 코드를 출력하고, 분리 처리를 종료하거나, 다음 시퀀스 개시 코드를 대기한다.
또한, 어떠한 시퀀스 종료 코드도 출력되지 않을 때, 다음 픽쳐 개시 코드 또는 그룹 개시 코드(GOP의 개시 코드)가 출력되어, 유사한 공정이 반복된다.
제1 내지 제4 분할 이미지 복호화 디바이스(220-1내지 220-4)는 입력 비디오 스트림을 버퍼링하고, 순차로 복호화하여, 이미지 합성 디바이스(260)로 이를 출력한다.
각 분할 이미지 복호화 디바이스(220-i) (i = 1 내지 4)는 버퍼(230-i)와 프로세서(240-i)를 구비한다.
버퍼(230-i)는 입력된 부호화 비디오 스트림을 일시적으로 저장하기 위한 버퍼이고, 복호화에 필요한 양의 데이터가 복호화를 행하기 위한 타이밍에서 픽쳐 단위로 프로세서(240-i)로부터 실질적이고 순간적으로 판독된다.
프로세서(240-i)는 MPEG-2에 의해 입력 부호화 비디오 스트림을 복호화하는MPEG-2 MP@ML의 범용 복호기이다. 예를 들어, 전술한 실시예의 동화상 이미지 부호화 장치(101)에서 부호화된 비디오 스트림이면, 이러한 복호화로 인해, 수평 720 화소 ×수직 544 라인의 휘도 신호로 구성되고, 4:2:0 포맷을 가지며, 30 프레임/초의 프레임율을 갖는 인터레이스 신호가 재구성되고 출력된다.
이미지 합성 디바이스(260)는 제1 내지 제4 분할 이미지 복호화 디바이스(220-1내지 220-4)로부터 출력된 4개의 동화상 이미지를 하나의 동화상 이미지로 합성하여, 본래의 동화상 이미지 신호를 복원하여 출력한다.
구체적으로는, 우선, 이미지 합성 디바이스(260)는 제1 내지 제4 분할 이미지 복호화 디바이스(220-1내지 220-4)로부터 출력된 4개의 동화상 이미지를 합성한다. 그 결과, 수평 1440 화소 ×수직 1088 라인 크기의 휘도 신호와 수평 720 화소 ×수직 544 라인 크기의 색차 신호로 구성된 4:2:0 포맷 및 30 프레임/초의 동화상 이미지 신호를 얻는다.
다음으로, 도 2에 도시된 바와 같은 동화상 이미지 부호화 장치(101)의 이미지 분할 디바이스(110)에서 부착된 픽쳐의 하부의 더미 데이터를 제거하여, 휘도 신호의 크기를 수평 1440 화소 ×수직 1080 라인으로, 색차 신호의 크기를 수평 720 화소 ×수직 540 라인으로 변화시킨다.
또한, 동화상 이미지 부호화 장치(101)의 이미지 분할 디바이스(110)에서 행하여진 필터링에 대한 역처리가 수행되어, 수평 방향으로의 크기가 커지고, 즉, 휘도 신호의 크기가 1920 화소 ×수직 1080 라인이 되고, 색차 신호의 크기가 수평960 화소 및 수직 540 라인이 된다.
이러한 방식으로 생성된 동화상 이미지 신호는 동화상 이미지 복호화 장치(201)로부터 출력되고, 가령 비디오 모니터 상에 표시된다.
다음으로, 동화상 이미지 복호화 장치(201)의 동작에 대해 설명한다.
도 7에 도시된 바와 같은 비디오 테이프(300) 등의 기록 매체로부터 동화상 이미지 복호화 장치(201)에 재생 및 입력된 MPEG-2 MP@HL 비디오 스트림은 필요에 따라 오디오 신호로부터 분리되고 나서, 비디오 스트림 분리 디바이스(210)로 입력된다.
동화상 이미지 복호화 장치(201)로 입력된 단일 비디오 스트림은, 4개의 MPEG-2 MP@HL 비디오 스트림으로 분리되고 제1 내지 제4 분할 이미지 복호화 디바이스(220-1내지 220-4)로 입력된다. 즉, 단일 MPEG-2 MP@HL 비디오 스트림이 슬라이스 단위로 나뉘고 4개로 분할되어 재구성됨으로써 4개의 MPEG-2 MP@HL 비디오 스트림을 얻는다.
이러한 비디오 스트림의 분리 처리를 보다 상세히 설명하면, 시퀀스 개시 코드가 입력 비디오 스트림에 나타나면, 비디오 스트림 분리 디바이스(210)는, 시퀀스 개시 코드로부터, 최초의 슬라이스 개시 코드가 제1 내지 제4 분할 이미지 복호화 디바이스(220-1내지 220-4) 모두에 나타날 때까지, 입력 비디오 스트림을 출력한다. 또한, 동시에, 4개의 MPEG-2 MP@HL 비디오 스트림, 가령, 수평 화소 크기, 수직 화소 크기, 영상비 정보, VBV 버퍼 크기, 및 VBV 지연을 얻기 위해 기입되어야할 파라미터들을, 제어 디바이스(270)로부터의 명령에 따라, 재기입한다.
다음으로, 슬라이스 개시 코드가 나타나면, 다음 비디오 스트림을 슬라이스 단위로 나누고 제1 분할 이미지 복호화 디바이스(220-1)에 A1, A2, ..., A34의 순으로, 제2 분할 이미지 복호화 디바이스(220-2)에 B1, B2, ..., B34의 순으로, 제3 분할 이미지 복호화 디바이스(220-3)에 C1, C2, ..., C34의 순으로, 제4 분할 이미지 복호화 디바이스(220-4)에 D1, D2, ..., D34의 순으로 출력한다.
제1 내지 제4 이미지 복호화 디바이스(220-1내지 220-4)에 입력된 MPEG-2 MP@HL 비디오 스트림이 버퍼(230-i) (i = 1 내지 4)에 저장되고 나서, 프로세서(240-i)로 적절하게 판독되고 복호화된다. 그 결과, 수평 720 화소 ×수직 544 라인의 휘도 신호로 구성된 30 프레임/초의 프레임율을 갖는 4:2:0 포맷의 인터레이스 신호들이 출력된다.
제1 내지 제4 이미지 복호화 디바이스(220-1내지 220-4)로부터 출력된 4개의 동화상 이미지 신호가 이미지 합성 디바이스(260)에 모두 입력되어, 우선, 단일의 동화상 이미지 신호로 합성된다. 즉, 수평 1440 화소 ×수직 1088 라인의 휘도 신호와 수평 720 화소 ×수직 544 라인의 색차 신호로 구성된 30 프레임/초의 프레임율을 갖는 4:2:0 포맷의 합성된 이미지가 생성된다. 다음으로, 픽쳐의 하부의 더미 데이터가 제거되어, 수평 1440 화소 ×수직 1088 라인의 휘도 신호와 수평 720 화소 ×수직 540 라인의 색차 신호를 얻고 난 후, 동화상 이미지 부호화 장치(101)의 이미지 분할 디바이스(110)에서 행하여진 필터링에 대한 역처리가 수행되어 수평 1920 화소 ×수직 1080 라인의 휘도 신호와 수평 960 화소 ×수직 540 라인의 색차 신호를 변환한다.
다음으로, 이러한 방식으로 생성된 동화상 이미지 신호는 이미지 합성 디바이스(260)로부터 출력되고, 가령 비디오 모니터에 입력되어 표시된다.
이러한 방식으로, 본 실시예의 동화상 이미지 부호화 장치(101) 및 동화상 이미지 복호화 장치(201)에서, 픽쳐가 도 2에 도시된 바와 같이 분할되고 분할된 영역은 서로 다른 부호화 디바이스 및 복호화 디바이스에 의해 부호화되고 복호화된다. 이 때, 전체 비트율이 일정한 경우에도, 가변 비트율의 패턴 및 모션에 따라 부호화 디바이스에서 부호화가 수행된다. 따라서, 픽쳐 내의 위치에 따라 패턴과 모션이 크게 다른 경우에도, 부호화 디바이스에서 동일하고 일정한 비트율로 부호화가 수행되는 경우에 비해, 고화질의 이미지를 얻는다.
또한, 이러한 목적을 위해, 동화상 이미지 부호화 장치(101)의 제어 디바이스(170)는 픽쳐 단위 또는 보다 큰 GOP 단위로 제1 내지 제4 분할 이미지 부호화 디바이스(120-1내지 120-4)(분할 이미지 부호화 디바이스 A 내지 D)에 발생 비트율만을 지시함으로써 통합 비디오 스트림의 비트율이 일정하도록 제어한다. 즉, 한 이미지를 분할하고 복수의 부호화 디바이스에 의해 이를 부호화할 때, VBV 버퍼는 또한 분할되고 부호화 디바이스에 할당된다. 단지 비트율만이 부호화 디바이스에 할당된다. 따라서, 레이트 제어가 매우 용이하게 된다. 그 결과, 비트율의 제어에 관한 시스템에 대한 부하가 작아진다.
또한, 타겟 비트 등의 값이 복수의 MP@ML 부호화 디바이스 각각에 대한 매 프레임마다 설정되는 경우와는 달리, 복호화 측에 대용량 버퍼를 제공할 필요가 없어, 복호화 장치의 회로 스케일의 확대를 방지할 수 있다.
제2 실시예
본 발명의 제2 실시예를 도 8 및 도 9를 참조하여 설명한다.
도 8은 제2 실시예의 동화상 이미지 복호화 장치(202)의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 제2 실시예의 동화상 이미지 복호화 장치(202)의 구성은, 제1 실시예의 동화상 이미지 복호화 장치(201)의 구성에 부가하여, 제1 내지 제4 분할 이미지 복호화 디바이스(220-1내지 220-4)의 전단에 외부 버퍼(280-i) (i = 1 내지 4)가 제공되는 점을 제외하고는, 제1 실시예의 동화상 이미지 복호화 장치(201)의 구성과 동일하다.
제1 실시예의 동화상 이미지 복호화 장치(201)에서, 제1 내지 제4 분할 이미지 복호화 디바이스(220-1내지 220-4)의 버퍼(230-i) (i = 1 내지 4)에의 비디오 스트림의 입력의 개시 후 소정 시간의 지연 후에 프로세서(240-i)에서 복호화가 개시되지 않으면, 버퍼 내의 프로세서(240-i)에서의 복호화 동안 어떠한 비디오 스트림도 존재하지 않는 단점이 발생할 가능성이 있어, 복호화가 순조롭게 수행될 수 없게 된다.
이 때의 지연 시간의 최소값 T는, 동화상 이미지 부호화 장치(101)의 분할 이미지 부호화 디바이스(120-i) (i = 1 내지 4)에서의 부호화 시에 가정된 4개 VBV 버퍼의 합이 B이고 4개 발생 비트율의 합이 R일 때, 다음 수학식 4에 의해 계산된다:
이 값 T는 동화상 이미지 복호화 장치(201)의 제1 내지 제4 분할 이미지 복호화 디바이스(220-1내지 220-4) 모두에 대해 공통이다.
동화상 이미지 복호화 장치(201)에서와 같이 복수의 복호화 디바이스를 사용함으로써 복호화가 수행되지 않고 단일의 복호화 장치를 사용함으로써 복호화가 수행되면, 이 시간 T로 인해, 버퍼의 오버플로우 또는 언더플로우를 일으키지 않고서 복호화를 행하는 것이 가능하다. 그런데, 동화상 이미지 복호화 장치(201)에서와 같이 복수의 복호화 디바이스를 사용함으로써 비디오 스트림이 분할되고 복호화되는 경우, 부호화 시에 VBV 버퍼의 오버플로우 또는 언더플로우를 일으키지 않도록 제어하여 부호화를 수행하였다는 사실에 관계없이, 각 분할 이미지 부호화 디바이스(120-i)의 발생 비트율이 변화하기 때문에, 오버플로우가 때때로 야기된다.
이러한 문제를 극복하기 위해, 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제4 분할 이미지 복호화 디바이스(220-1내지 220-4)의 전단에 외부 버퍼(280-i) (i = 1 내지4)가 제공된다.
이러한 구성을 채택할 때, 분할 이미지 복호화 디바이스(220-i)의 버퍼(230-i)가 찬 후에 발생된 비디오 스트림을 외부 버퍼(280-i)에 입력함으로써, 분할이미지 복호화 디바이스(220-i)의 버퍼(230-i)의 오작동없이 복호화를 행할 수 있다.
도 9는 제2 실시예의 동화상 이미지 부호화 장치(102)의 구성을 나타내는 블록도이다.
버퍼의 오버플로우는 복호화 장치에서뿐만 아니라 부호화 장치에서도 일어날 수 있다.
전술한 바와 같이, 동화상 이미지 부호화 장치(101)의 분할 이미지 부호화 디바이스(120-i)의 버퍼(150-i)는, 제1 및 제2 분할 이미지 부호화 디바이스(120-1및 120-2)의 버퍼(150-1및 150-2)가 슬라이스 단위로 한 픽쳐 분의 비디오 스트림을 교대로 출력하고, 제3 및 제4 분할 이미지 부호화 디바이스(120-3및 120-4)의 버퍼(150-3및 150-4)가 슬라이스 단위로 한 픽쳐 분의 비디오 스트림을 교대로 출력하는 처리를 반복적으로 행한다.
즉, 비디오 스트림 통합 디바이스(160)에 의해 각 버퍼(150-i)의 출력에 제한을 부가한다. 비디오 스트림들은 2 또는 그 이상의 버퍼들로부터 동시에 출력되지 않는다.
따라서, 각 버퍼가 높은 점유율을 가지는 경우, 가령 큰 비디오 스트림이 발생되면, 한 세트의 버퍼로부터 비디오 스트림의 출력이 장시간 소요된다. 비디오 스트림은 이 기간 중에는 다른 세트의 버퍼로부터 출력되지 않는다. 따라서, 점유율은 점점 증가하고 오버플로우의 가능성이 있다.
따라서, 동화상 이미지 복호화 장치(202)와 마찬가지로, 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제4 분할 이미지 부호화 디바이스(120-1내지 120-4) 이후에 외부 버퍼(180-i) (i = 1 내지 4)가 제공된다.
이들을 제공함으로써, 제1 내지 제4 분할 이미지 부호화 디바이스(120-1내지 120-4)에서 발생된 비디오 스트림들이, 비디오 스트림 통합 디바이스(160)에 의한 출력 제한없이 외부 버퍼(180-1내지 180-4)로 출력될 수 있다. 다음에, 그 결과, 분할 이미지 부호화 디바이스(120-i)의 버퍼(150-i)의 오동작없이 부호화가 가능하게 된다.
이러한 방식으로 부호화 장치측과 복호화 장치측에 버퍼들을 둠으로써, 부호기 및 복호기의 버퍼들의 오버플로우 및 언더플로우를 일으키지 않고서 전송선 및 기록 매체의 용량을 초과하지 않도록 제어할 수 있게 된다.
제3 실시예
도 10 및 도 11을 참조하여 본 발명의 제3 실시예를 설명한다.
제3 실시예에서, 제2 실시예와 유사하게 외부 버퍼를 구비한 동화상 이미지 복호화 장치 및 동화상 이미지 부호화 장치의 다른 구성 예가 예시된다.
도 10은 제3 실시예의 동화상 이미지 복호화 장치(203)의 구성을 나타내는 블록도이다.
동화상 이미지 복호화 장치(203)에서, 분할 이미지 복호화 디바이스(220-i)의 전단에는 외부 버퍼가 제공되지 않는다. 대신에, 도 10에 도시된 바와 같이 비디오 스트림 분리 디바이스(210)의 전단에 단일의 버퍼가 제공된다.
다음으로, 이러한 구성에 의해, 비디오 스트림이 일정한 레이트로 외부 버퍼(290)에 입력된다. 그 다음, 비디오 스트림은, 제1 내지 제4 분할 이미지 복호화 디바이스(220-1내지 220-4)의 버퍼(230-i)의 빈 상태에 따라 비디오 스트림 분리 디바이스(210)로 출력된다.
또한 이러한 구성에서도, 분할 이미지 복호화 디바이스(220-i)의 버퍼(230-i)의 오작동없이 순조롭게 복호화를 수행할 수 있게 된다.
도 11은 제3 실시예의 동화상 이미지 부호화 장치(103)의 구성을 나타내는 블록도이다.
동화상 이미지 부호화 장치(103)에서도, 모든 분할 이미지 부호화 디바이스(120-i)의 후단에는 외부 버퍼가 제공되지 않는다. 대신에, 도 11에 도시된 바와 같이 비디오 스트림 통합 디바이스(160)의 후단에 하나가 제공된다.
이러한 구성에 의해, 분할 이미지 부호화 디바이스(120-i)에서 비디오 스트림이 발생되자마자, 이들이 비디오 스트림 통합 디바이스(160)에서 통합되고, 그 결과로 생성된 비디오 스트림은 이 외부 버퍼(190)에 저장된다. 그 다음, 이 외부 버퍼(190)는 일정한 레이트로 비디오 스트림을 출력한다.
이 경우에, 분할 이미지 부호화 디바이스(120-i)의 버퍼(150-i)로부터 출력된 비디오 스트림들의 비트율에 대해 상한이 존재하기 때문에, 어떤 경우에는, 데이터의 점유율이 때로 VBV 버퍼의 크기를 초과한다.
그런데, 이 경우의 버퍼 점유율의 최대값은 외부 버퍼가 제공되지 않는 경우에 비해 작다. 따라서, 이러한 구성을 채택함으로써, 분할 이미지 부호화 디바이스(120-i)의 버퍼(150-i)의 오동작의 가능성이 낮아질 수 있다.
또한, 일반적으로 분할 이미지 부호화 디바이스(120-i)의 버퍼(150-i)의 크기는 필요 이상으로 크게 되고, 많은 경우에 있어서 VBV 버퍼 크기보다 크다. 따라서, 버퍼 점유율의 최대값이 버퍼(150-i)의 크기보다 작으면, 버퍼(150-i)는 오동작하지 않을 것이다. 따라서, 이러한 구성에 의해, 분할 이미지 부호화 디바이스(120-i)의 직후에 버퍼들을 위치시킬 필요가 없다.
또한 이러한 방식으로 버퍼들을 부호화 장치측과 복호화 장치측에 위치시킴으로써, 부호기 및 복호기의 버퍼들의 오버플로우 또는 언더플로우없이 전송선 및 기록 매체의 용량을 초과않도록 제어하는 것이 가능하게 된다.
제4 실시예
도 12 내지 도 17을 참조하여 본 발명의 제4 실시예를 설명한다.
본 발명이 목적으로 하는 저비용 장치에서는, 부호화 디바이스와 외부 제어 디바이스 간의 데이터 전송 능력과 외부 제어 디바이스의 처리 능력이 종종 크지 않다. 이러한 이유로, 도 12에 도시된 바와 같이, 입력 이미지의 화질이 변할 때 비트율이 갱신될 때까지 픽쳐 단위로 지연이 발생한다.
그 결과, 예를 들어, 도 13에 도시된 바와 같이, 용이한 이미지를 계속 수신하고 낮은 비트율로 설정된 부호화 디바이스에 갑자기 어렵고 복잡한 이미지가 입력되면, 다량의 비트가 발생되고 VBV 버퍼의 점유율이 낮아진다. 이와 반대로, 비트율은 즉시 커지지는 않는다. 따라서, 이후에도 어려운 이미지가 계속 입력되면, 발생될 수 있는 비트량은 어려운 이미지에 관계없이 낮게 제한되고, 따라서 화질은 극히 저하된다.
또한, 때때로, 각 부호화 디바이스에 입력된 이미지의 난이도 및 비트율의 변화 등으로 인해, 한 부호화 디바이스의 VBV 버퍼 점유율은 낮아지고, 다른 부호화 디바이스의 VBV 버퍼 점유율은 높아진다. 이 때, 도 14a에 도시된 바와 같이 HDTV 용도의 압축 및 부호화 장치로서 모든 VBV 버퍼를 함께 볼 때, 점유율은 VBV 버퍼의 중간 부근에서 변화하므로, 바람직한 레이트 제어가 수행된다. 그러나, 도 14b에 도시된 바와 같이, 각 VBV 버퍼를 보면, 점유율은 한쪽으로 기울어져 있다. 즉, 발생될 수 있는 비트량이 제한되고 충분한 화질을 제공할 수 없는 부호화 디바이스가 있는 반면, 또한 비트의 필요량 이상으로 발생되는 부호화 디바이스가 있어 화질이 적당하지 않게 된다.
이러한 문제점에 대처하고 저비용으로 고화질의 이미지를 얻을 수 있는 제4실시예의 동화상 이미지 부호화 장치를 설명한다.
도 15는, 제4 실시예의 동화상 이미지 부호화 장치(104)의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 15에 도시된 바와 같이, 제4 실시예의 동화상 이미지 부호화 장치(104)의구성은 기본적으로 제1 실시예의 동화상 이미지 부호화 장치(101)의 구성과 동일하다. 그러나, 제4 실시예는, 각 분할 이미지 부호화 디바이스(120-i) (i = 1 내지 4)에서의 처리 내용의 세부, 제어 디바이스(170) 내에 VBV 버퍼 점유율 제어부(173)를 제공하는 점, 이와 함께 제어 디바이스(170)의 제어 내용의 세부 면에서, 제1 실시예의 동화상 이미지 부호화 장치(101)의 구성과 다르다.
도 15의 분할 이미지 부호화 디바이스(120-i)에는 VBV 버퍼(140-i)가 도시되어 있지만 이들은 또한 제1 내지 제3 실시예의 동화상 이미지 부호화 장치에서도 제공되었다. 본 실시예에서, 그 특징은 이들 VBV 버퍼(140-i)에 관한 처리이며, 이 도면에 명시되어 있다.
이하로, 제4 실시예의 동화상 이미지 부호화 장치(104)에 대하여는, 전술한 특징적 부분, 즉, 제1 실시예의 동화상 이미지 부호화 장치(101)와 다른 점에 중점을 두어 설명한다.
우선, 분할 이미지 부호화 디바이스(120-i) (i = 1 내지 4)의 처리의 특징에 대해 설명한다.
동화상 이미지 부호화 장치(104)의 각 분할 이미지 부호화 디바이스(120-i)에서, 전술한 실시예들의 분할 이미지 부호화 디바이스와 동일한 방식으로, 도 16에 도시한 바와 같이, n번째 픽쳐의 부호화가 종료될 때, 설정 비트율에 기초하여, (n+1)번째 픽쳐를 부호화할 때의 타겟 비트는 GOP 내에 잔류하는 비트 또는 픽쳐 수 및 I, P, 및 B 픽쳐 각각의 특징량으로부터 구한다. 또한, 입력 이미지 등의 특성의 갑작스런 변화로 인해, 실제 부호화 결과로서 얻은 비트가 타겟 비트와 크게 다를 때, 발생 비트의 최대 및 최소값, 즉, 얼마나 많은 에러가 허용되는가를 나타내는 파라미터를 구한다.
일반적으로, 이들 최대 및 최소 비트는 VBV 버퍼(140-i)의 오버플로우 및 언더플로우를 야기하지 않는 값으로 설정된다.
예를 들어, 도 16에서, n번째 픽쳐의 부호화 직후의 버퍼 점유율은 Bn으로 정의된다. 이 때, n+1번째 픽쳐의 부호화 직후에 증가된 점유율 "a"는, 외부 제어 디바이스로부터 설정된 비트율 R과, (n+1)번째 픽쳐가 종료될 때까지의 시간 tn+1 -tn으로부터 a = R ×(tn+1 - tn)으로서 계산된다. (n+1)번째 픽쳐가 부호화되기 직전의 버퍼 점유율은 VBV 버퍼(140-i)의 언더플로우를 야기하지 않는 최대값 "c" 즉, (n+1)번째 픽쳐의 부호화 직전의 버퍼 점유율로서 설정된다.
그러나, 이러한 방법으로는, 도 13을 참조하여 설명한 바와 같이 (n+1)번째 픽쳐 내의 어려운 이미지의 갑작스런 입력으로 인해 비트 "c"가 발생될 때, 비트율은 즉시 크게 되지는 않으므로 n+2번째 픽쳐의 최대 발생 비트가 작아지고, 어려운이미지에 충분히 큰 비트가 할당될 수 없으며, 화질이 저하된다.
따라서, 제4 실시예의 동화상 이미지 부호화 장치(104)의 분할 이미지 부호화 장치(120-i)에서는, (n+1)번째 픽쳐의 최대 발생 비트 "b"가 도 16에 도시된 바와 같이 VBV 버퍼(140-i)의 언더플로우를 야기하지 않는 최대값 "c"보다 작은 값으로 설정된다.
구체적으로, 본 실시예에서는, 최대 발생 비트 "b"가 가령 (a+c)/2로 설정된다.
다음으로, (n+1)번째 픽쳐에서 "b" 또는 그에 근접한 비트가 발생될 때, n+2번째 픽쳐의 부호화 후의 비트율은 n+2번째 픽쳐의 최대 비트의 제한을 없앨 수 있는 큰 값으로 설정된다.
이미지의 변화에 대한 비트율의 변화가 도 16에 도시된 바와 같이 한 픽쳐에 대한 것이 아니라, 가령 두 픽쳐에 대한 것이면, 최대 발생 비트 "b"를 (2 ×a + c)로서 계산하는 것이 가능하다.
이 때, 최대 비트 근처의 비트가 발생되더라도, 제한 방법은 이미지의 난이도의 변화에 대한 비트율의 변화의 지연의 길이에 따라 변경될 수도 있다.
다음으로, 제어 디바이스(170) 내의 VBV 버퍼 점유율 제어부(173)에 따른 처리를 도 17을 참조하여 설명한다.
VBV 버퍼 점유율 제어부(173)는, n번째 픽쳐의 비디오 프레임의 출력 직후의 VBV 버퍼(140-i)의 점유율과 n-1번째 픽쳐의 비디오 프레임의 출력 직전의 VBV버퍼(140-i)의 점유율 사이의 중간값 Aa,n, Ab,n, Ac,n, 및 Ad,n을 계산하고, VBV 버퍼(140-i)의 점유율의 변화의 크기가 비트율에 따라 변화되기 때문에 VBV 버퍼140-1내지 140-4사이에서 이들 값이 동일하게 되도록 분할 이미지 부호화 디바이스를 제어한다.
따라서, 우선, 분할 이미지 부호화 디바이스(120-i)는 VBV 버퍼(140-1내지 140-4)의 점유율 Ba,n, Bb,n, Bc,n 및 Bd,n을, n번째 픽쳐의 부호화를 종료하고 비디오 스트림을 출력한 직후에 제어 디바이스(170)의 VBV 버퍼 점유율 제어부(173)에 전송한다.
또한, 할당 비트율 연산부(171)는, 분할 이미지 부호화 디바이스(120-i)에서 n번째 픽쳐의 비디오 스트림이 출력될 때부터, n+1번째 픽쳐의 비디오 스트림이 출력될 때까지의 비트율 Ra,n+1, Rb,n+1, Rc,n+1, 및 Rd,n+1을 구하고, 이들을 VBV 버퍼 점유율 제어부(173)에 전송한다.
VBV 버퍼 점유율 제어부(173)는, 우선 n번째 픽쳐의 비디오 프레임의 출력 직후의 VBV 버퍼 점유율과 n+1번째 픽쳐의 비디오 프레임의 출력 직전의 VBV 버퍼 점유율 사이의 중간값 Aa,n, Ab,n, Ac,n, 및 Ad,n을, 이들 값에 기초한 다음 수학식 5로부터 구한다.
여기서, tn 및 tn+1은 n번째 픽쳐 및 n+1번째 픽쳐의 부호화 시의 비디오 스트림이 출력될 때의 시간이다.
다음으로, 수학식 6에 의해, VBV 버퍼 점유율 제어부(173)는, 상기한 방식으로 얻은 중간값 Aa,n, Ab,n, Ac,n, 및 Ad,n을 동등하게 하기 위해 VBV 버퍼(140-i)의 점유율의 보정값 △Ba,n+1, △Bb,n+1, △Bc,n+1, 및 △Bd,n+1을 구한다.
여기서, Am,n = (Aa,n + Ab,n + Ac,n + Ad,n)/4이다.
다음으로, VBV 버퍼 점유율 제어부(173)는, 상기한 방식으로 구한 VBV 버퍼 점유율 보정값을 분할 이미지 부호화 디바이스(120-i)에 전송한다.
분할 이미지 부호화 디바이스(120-i)는, n+1번째 픽쳐의 비디오 스트림의 출력 직후의 VBV 버퍼의 점유율을 수학식 7에 나타낸 바와 같이 보정한다.
예를 들어, VBV 버퍼 점유율이 n+1번째 픽쳐의 비디오 스트림의 출력 직후에 Ba,n+1이 된다고 가정할 때, 분할 이미지 부호화 디바이스 A는 이 값에 보정값 △Ba,n+1을 더하여, 새로운 VBV 버퍼 점유율 B'a,n+1을 구하고 이를 이후의 부호화의 레이트 제어에 사용한다.
모든 VBV 버퍼(140-1내지 140-4)의 점유율이 높은 경우에 변화가 있을 때, 또는 역으로 모든 VBV 버퍼(140-1내지 140-4)의 점유율이 낮은 경우에 변화가 있을 때, 어떠한 보정도 수행되지 않는다. 이러한 보정을 수행할 때, 상대적으로 높은 점유율을 갖는 VBV 버퍼(140-i)에 대해 점유율이 보다 커지고, 반면 상대적으로 낮은 점유율을 갖는 VBV 버퍼(140-i)에 대해 점유율이 보다 작게 되어, 오버플로우나 언더플로우가 쉽게 발생한다.
VBV 버퍼(140-i)의 오버플로우 또는 언더플로우가 이러한 보정으로 인해 발생하면, 이들이 발생하기 전에 보정을 중지하고 보정되지 않은 양을 다음 보정으로 넘기는 것이 효과적이다.
통상, 일정 레이트 부호화 장치 및 복호화 장치에서 이러한 방식으로 VBV 버퍼의 점유율을 제어하면, 버퍼가 오동작하고, 정상적으로 동작하지 않는다. 그러나, 본 발명에 따른 동화상 이미지 부호화 장치에서는, 분할된 부호화를 위한 각 VBV 버퍼(140-i)에 대해 점유율이 제어된다. 총 점유율은 제어되지 않는다. 따라서, 복호화 시에 비디오 스트림을 분할하지 않고 단일의 복호화 장치에 의해 복호화하는 경우에도, 문제없이 일정 레이트로 복호화가 수행될 수 있다.
또한, 비디오 스트림을 분할할 때에도, 통합된 비디오 스트림의 레이트를 일정하게 하기 위해 일정 레이트 모델에 의해 레이트 제어가 수행된다. 그러나, 실제 동작에서는, 가변 레이트 모델에서와 같이 전송이 가능할 때만 비디오 스트림이 전송되기 때문에 버퍼에서 언더플로우가 발생하지 않는다.
오버플로우가 발생할 수 있지만, 제2 및 제3 실시예의 동화상 이미지 부호화 장치에서와 같이 부호화 디바이스의 후단에 또는 복호화 디바이스의 전단에 외부 버퍼를 제공함으로써 이것이 해결된다.
이 방식으로, 제4 실시예의 동화상 이미지 부호화 장치(104)에서는, 우선, 할당 비트율 연산부(171)로부터 분할 이미지 부호화 디바이스(120-i)에 비트율을 할당할 때, 발생 비트의 최대값은 언더플로우를 방지하기 위해 더 제한된다. 그 결과, 이미지가 갑자기 복잡한 이미지로 변화할 때에도, 비트율은 점차 커지도록 제어된다. 따라서, 제2 및 이후의 비트율의 할당이 극히 작게 되고, 화질이 저하되는 것이 방지된다.
또한, VBV 버퍼 점유율 제어부(173)는, 각 픽쳐에 대한 처리의 중간값에 의해 분할 이미지 부호화 디바이스(120-i)의 VBV 버퍼 점유율을 관리하고, 중간값이일정하게 되도록 VBV 버퍼 점유율을 보정한다. 즉, 버퍼 점유율은 복수의 VBV 버퍼 중에서 수렴하게 된다. 그 결과, 분할 이미지 부호화 디바이스(120-i)에서, 발생될 수 있는 비트가 충분한 화질을 얻을 수 없는 범위로 제한되는 경우 또는 필요 이상의 비트가 발생되는 것이 강제되는 경우의 독특한 조건을 피할 수 있다.
변형예
본 발명은 제1 내지 제4 실시예에 한정되지 않는다. 다양한 변형예들이 가능하다.
예를 들어, 상기 실시예들에서, 하나의 이미지가 분할되고 복수의 부호화 디바이스에서 부호화되었지만, 또한 각 부호화 디바이스에 의해 복수의 이미지를 부호화하고, 본 실시예와 동일한 방식으로 비디오 스트림을 통합하는 것이 가능하다. 즉, 다중화 방법으로서, 비디오 스트림은 픽쳐 단위로 동기화될 수 있고 시분할로 전송될 수 있다.
또한, 상기한 동화상 이미지 부호화 장치에서는, 단일의 MPEG-2 MP@HL 비디오 스트림을 얻기 위해 기입되어야 하는 파라미터들, 가령, 수평 화소 크기, 수직 화소 크기, 영상비 정보, 비트율, VBV 버퍼 크기, 및 VBV 지연이 비디오 스트림 통합 디바이스(160)에서 재기입된다. 그런데, 재기입된 값을 갖는 비디오 스트림이, 또한 제어부(172)로부터 분할 이미지 부호화 디바이스(120-i) (i = 1 내지 4)로의 명령에 기초하여 미리 분할 이미지 부호화 디바이스(120-i) (i = 1 내지 4)에서 생성되고 출력될 수 있다. 비디오 스트림 통합 디바이스(160)는 파라미터들의 재기입없이 비디오 스트림을 출력할 수 있다.
또한, 할당 비트율 연산부(171)에서의 할당 비트율의 계산 방법은 상기 실시예들에서 사용된 수학식 1에 기초한 계산 방법에 한정되지 않는다. 임의의 방법이 사용될 수 있다. 이미지의 복잡도와 난이도의 정보에 기초하여 부호화 디바이스에 할당될 비트율을 계산하는 방법이 채택되는 것이 바람직하지만, 다른 여러가지 방법도 또한 고려될 수 있다. 임의의 방법이 채택될 수 있다.
또한, 상기 실시예들에 사용된 수학식 1의 방법에서, 할당되는 비트율은 한 프레임 이전의 이미지의 평균 양자화 스케일 및 발생 코드 비트에 기초하여 계산되었지만, 또한, 가령, 2 프레임 또는 3 프레임 이전의 이미지 또는 복수의 이전의 이미지에 대해 참조하는 것도 가능하다. 수학식 1과 유사한 다양한 방법이 고려될 수 있다. 또한, 이러한 방법에 의해 할당되는 비트율을 구하는 것도 가능하다.
또한, 제4 실시예의 동화상 이미지 부호화 장치(104)에서, 각 VBV 버퍼(140-i)의 점유율을 일정하게 하기 위해 보정이 수행되었지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 총 VBV 버퍼 점유율이 변하지 않는 한 임의의 보정이 수행될 수 있다.
또한, 상기 제4 실시예에서, n+1번째 부호화의 결과는 n번째 부호화의 결과에 기초하여 보정되었지만, n번째 부호화 결과를 보정하는 것과 n+2번째 및 이후의 부호화 결과를 보정하는 것도 가능하다.
또한, 매 픽쳐마다 보정하는 것이 가능하고, 또는 임의의 다른 타이밍에서 보정하는 것이 가능하다.
또한, 제4 실시예의 동화상 이미지 부호화 장치(104)에서, VBV 버퍼 점유율의 상태들은 픽쳐 단위로 모니터링되고 보정된다. 그런데, VBV 버퍼 점유율은 일반적으로 GOP 단위로 주기적으로 변화한다. 따라서, 보정값의 계산을 위한 기초로서 하나의 GOP 또는 그 이상에 대해 평균화된 VBV 버퍼 점유율을 사용하는 것도 효과적이다.
즉, 평균 VBV 버퍼 점유율은 모니터될 수 있으며, 점유율이 점차 증가하는 경우에 VBV 버퍼에 대해 점유율이 낮춰지도록 보정될 수 있다. 이에 따라, 분할 이미지 부호화 디바이스(120-i)에서 발생된 비트는 VBV 버퍼 점유율의 갑작스런 변화에 대해 효과적으로 제한되는 한편, VBV 버퍼 점유율은 VBV 버퍼의 점유율의 점진적인 변화에 대해 VBV 버퍼 점유율 제어부(173)에서 효과적으로 보정된다. 따라서, 이들 두 처리는 효과적으로 작용하게 되고 고화질의 이미지를 얻게 된다.
또한, 전술한 실시예들에서, 이미지가 분할되는 영역의 수가 4개로 설정되었지만, 이는 4 이상의 임의의 자연수일 수 있다.
또한, HDTV 신호 및 SDTV 신호의 유형도 한정되지 않는다. 본 발명은 임의 표준의 신호에도 적용할 수 있다.
본 발명의 효과들을 요약하면, 본 발명에 따르면, 다수의 화소를 포함하는 HDTV 신호 등의 동화상 이미지 신호를, 고화질의 이미지로, 단순한 제어에 의해, 저비용으로 부호화할 수 있는 이미지 부호화 장치 및 이미지 부호화 방법이 제공될수 있다.
또한, 상기 방식으로 부호화된 동화상 이미지 신호를, 고화질의 이미지로, 단순한 제어에 의해, 보다 적은 용량의 버퍼를 사용함으로써, 저비용으로 복호화할 수 있는 이미지 복호화 장치 및 이미지 복호화 방법이 제공될 수 있다.
또한, 상기 방식으로 부호화된 동화상 이미지 신호를 기록하기 위한 이미지 기록 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 방식으로 부호화된 동화상 이미지 신호를 전송하기 위한 이미지 전송 장치가 제공될 수 있다.

Claims (34)

  1. 이미지 부호화 장치에 있어서,
    입력 이미지 신호를 분할하여 N개의 분할된 이미지 신호를 생성하기 위한 분할 수단;
    상기 생성된 N개의 분할 이미지 신호의 비트율의 합이 선정된 값에 이르도록, 상기 생성된 N개의 분할 이미지 신호 각각에 대해 비트율을 할당하기 위한 비트율 할당 수단;
    상기 생성된 N개의 분할 이미지 신호를 상기 할당된 비트율에 따라 부호화하여 N개의 비디오 스트림을 생성하기 위한 부호화 수단; 및
    상기 생성된 N개의 비디오 스트림을 하나의 비디오 스트림으로 통합하기 위한 통합 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 부호화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 부호화 수단은, 상기 생성된 N개의 분할 이미지 신호를 상기 할당된 비트율에 따라 부호화하여 상기 부호화된 비디오 스트림을 생성하도록 병렬로 동작할 수 있는 N개의 부호화 디바이스를 구비하는 것을 특징으로 하는 이미지 부호화 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 N개의 부호화 디바이스에서 생성된 비디오 스트림을 저장하기 위해 선정된 용량을 갖는 N개의 버퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 부호화 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 통합 수단에 의해 통합된 비디오 스트림을 저장하기 위해 선정된 용량을 갖는 버퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 부호화 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 N개의 부호화 디바이스 각각은 VBV(비디오 버퍼링 검증기; video buffering verifier) 버퍼를 구비하며, 상기 N개의 부호화 디바이스들은 상기 VBV 버퍼들의 점유율에 기초하여 상기 부호화를 행하는 것을 특징으로 하는 이미지 부호화 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 N개의 부호화 디바이스는, 상기 할당된 비트율에 기초하여 다음 픽쳐를 부호화할 때 상기 VBV 버퍼에서 언더플로우(underflow)를 야기하지 않는 발생 비트의 최대값을 구하고, 상기 최대값의 범위 내에서 상기 부호화를 행하는 것을 특징으로 하는 이미지 부호화 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 N개의 부호화 디바이스 각각은, 자신의 VBV 버퍼에서 언더플로우를 야기하지 않는 발생 비트의 최대값보다 충분히 작은 선정된 값의 범위 내에서 상기 부호화를 행하는 것을 특징으로 하는 이미지 부호화 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 N개의 부호화 디바이스 각각은 수학식 1에 의해 최대 발생 비트 "b"를 계산하고 -
    <수학식 1>
    b=(a+c)/2
    여기서, "a"는 다음 픽쳐의 부호화 직전까지 증가하는 버퍼 점유율이고, "c"는 상기 VBV 버퍼에서 언더플로우를 야기하지 않는 발생 비트의 최대값임 -,
    상기 최대 발생 비트 "b"의 범위 내에서 부호화를 행하는 것을 특징으로 하는 이미지 부호화 장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 N개의 부호화 디바이스의 VBV 버퍼의 점유율을 원하는 상태로 조정하기 위한 VBV 버퍼 점유율 제어 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 부호화 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 VBV 버퍼 점유율 제어 수단은, 픽쳐들의 비디오 스트림의 출력 시에 상기 VBV 버퍼의 점유율의 중간값이 상기 N개의 부호화 디바이스의 VBV 버퍼에서 동일하게 되도록, 상기 N개의 부호화 디바이스의 VBV 버퍼의 점유율을 조정하는 것을 특징으로 하는 이미지 부호화 장치.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 입력 이미지 신호는 HDTV 신호를 포함하고,
    상기 N개의 부호화 디바이스는 SDTV 신호 부호화 디바이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 부호화 장치.
  12. 제2항에 있어서,
    상기 비트율 할당 수단은, 수학식 2로부터 i번째 (i = 1 내지 N) 부호화 디바이스 내의 (n+1)번째 프레임의 비트율 Ri,n+1을 계산하고 i번째 부호화 디바이스에 할당하는 -
    <수학식 2>
    Ri,n+1 = R ×Xi,n/∑(X1,n 내지 XN,n)
    여기서, Xi,n = Si,n ×Qi,n이고, Si,n은 상기 i번째 부호화 디바이스의 프레임 n의 발생 코드 비트이며, Qi,n은 상기 i번째 부호화 디바이스의 프레임 n의평균 양자화 스케일 코드이고, R은 상기 N개의 분할 이미지 신호의 비트율들의 합임 -
    것을 특징으로 하는 이미지 부호화 장치.
  13. 이미지 부호화 방법에 있어서,
    입력 이미지 신호를 분할하여 N개의 분할된 이미지 신호를 생성하는 단계;
    상기 생성된 N개의 분할 이미지 신호의 비트율의 합이 선정된 값에 이르도록, 상기 생성된 N개의 분할 이미지 신호 각각에 대해 비트율을 할당하는 단계;
    상기 생성된 N개의 분할 이미지 신호를 상기 할당된 비트율에 따라 부호화하여 N개의 비디오 스트림을 생성하는 단계; 및
    상기 생성된 N개의 비디오 스트림을 하나의 비디오 스트림으로 통합하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 부호화 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 생성된 N개의 분할 이미지 신호의 상기 부호화 단계는, 병렬로 동작할 수 있는 N개의 부호화 디바이스에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 이미지 부호화 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    N개의 버퍼에 의해 상기 생성된 N개의 비디오 스트림들을 일시적으로 저장하는 단계; 및
    상기 저장된 비디오 스트림들을 판독하고 단일의 비디오 스트림으로 통합하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 부호화 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 통합된 단일의 비디오 스트림을 버퍼에 일시적으로 저장하는 단계; 및
    상기 저장된 비디오 스트림을 요청에 따라 연속적으로 출력하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 부호화 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 부호화 단계는, 가상 복호기 모델(virtual decoder model)의 VBV 버퍼의 점유율에 따라 설정되는 제한에 기초하여 수행되는 것을 특징으로 하는 이미지 부호화 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 할당 비트율에 기초하여 다음 픽쳐를 부호화할 때 상기 VBV 버퍼에서 언더플로우를 야기하지 않는 발생 비트의 최대값을 구하는 단계를 더 포함하고,
    상기 발생 비트가 상기 최대값의 범위 내의 값을 나타내도록, 상기 부호화단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 이미지 부호화 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 발생 비트가 상기 VBV 버퍼에서 언더플로우를 야기하지 않는 상기 발생 비트의 최대값보다 충분히 작은 선정된 값의 범위 내의 값을 나타내도록, 상기 부호화 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 이미지 부호화 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 발생 비트가 수학식 1 -
    <수학식 1>
    b = (a+c)/2
    여기서, "a"는 다음 픽쳐의 부호화 직전까지 증가하는 버퍼 점유율이고, "c"는 상기 VBV 버퍼의 언더플로우를 야기하지 않는 상기 발생 비트의 최대값임 -
    에 의해 계산된 비트 "b"의 범위 내의 값을 나타내도록, 상기 부호화 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 이미지 부호화 방법.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 N개의 VBV 버퍼 각각의 점유율을 원하는 상태로 조정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 VBV 버퍼의 조정된 점유율에 따라 설정되는 제한에 기초하여, 상기 부호화 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 이미지 부호화 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 각 픽쳐들의 비디오 스트림의 출력 시에 상기 VBV 버퍼의 점유율의 중간값이 상기 N개의 부호화 디바이스의 VBV 버퍼에서 동일하게 되도록, 상기 VBV 버퍼 점유율 조정 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 이미지 부호화 방법.
  23. 제14항에 있어서,
    상기 입력 신호는 HDTV 신호를 포함하고,
    상기 부호화 단계는 SDTV 신호 부호화 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 부호화 방법.
  24. 제14항에 있어서,
    상기 비트율 할당 단계는, 수학식 2로부터 i번째 (i = 1 내지 N) 부호화 디바이스 내의 (n+1)번째 프레임의 비트율 Ri,n+1을 계산하고, i번째 부호화 디바이스에 할당하는 -
    <수학식 2>
    Ri,n+1 = R ×Xi,n/∑(X1,n 내지 XN,n)
    여기서, Xi,n = Si,n ×Qi,n이고, Si,n은 상기 i번째 부호화 디바이스의 프레임 n의 발생 코드 비트이며, Qi,n은 상기 i번째 부호화 디바이스의 프레임 n의 평균 양자화 스케일 코드이고, R은 N개의 분할 이미지 신호의 비트율들의 합임 -
    것을 특징으로 하는 이미지 부호화 방법.
  25. 이미지 복호화 장치에 있어서,
    단일의 이미지 신호를 N개의 분할 이미지 신호로 분할하고, 가변 비트율로 부호화하며, 생성된 N개의 비디오 스트림을 통합함으로써 얻은 선정된 비트율의 비디오 스트림을 수신하여, 입력 비디오 스트림을 N개의 비디오 스트림으로 분리하기 위한 분리 수단;
    상기 분리된 N개의 비디오 스트림 각각을 복호화하여 N개의 이미지 신호를 생성하기 위한 복호화 수단; 및
    상기 생성된 N개의 이미지 신호를 하나의 이미지 신호로 합성하기 위한 합성 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 복호화 장치.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 복호화 수단은, 상기 분리된 N개의 비디오 스트림을 복호화하여 이미지 신호를 발생시키기 위해 병렬로 동작할 수 있는 N개의 복호화 디바이스를 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 복호화 장치.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 비디오 스트림을 저장하기 위한 버퍼를 더 포함하고,
    상기 분리 수단은, 상기 버퍼에 저장된 비디오 스트림을 N개의 비디오 스트림으로 연속적으로 분리하는 것을 특징으로 하는 이미지 복호화 장치.
  28. 제26항에 있어서,
    상기 분리된 N개의 비디오 스트림을 저장하기 위한 선정된 용량의 N개의 버퍼를 더 포함하고,
    상기 복호화 수단은, 대응하는 버퍼에 저장된 상기 N개의 비디오 스트림을 복호화하여 이미지 신호들을 생성하는 것을 특징으로 하는 이미지 복호화 장치.
  29. 제26항에 있어서,
    상기 N개의 복호화 디바이스는 SDTV 신호 복호화 디바이스를 포함하고,
    상기 합성된 이미지 신호는 HDTV 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 복호화 장치.
  30. 이미지 복호화 방법에 있어서,
    단일의 이미지 신호를 N개의 분할 이미지 신호로 분할하고, 가변 비트율로 부호화하고, 생성된 N개의 비디오 스트림을 통합함으로써 얻은 선정된 비트율의 비디오 스트림을 입력으로 수신하여, 상기 입력 비디오 스트림을 N개의 비디오 스트림으로 분리하는 단계;
    상기 분리된 N개의 비디오 스트림 각각을 복호화하여 N개의 이미지 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 생성된 N개의 이미지 신호를 하나의 이미지 신호로 합성하는 단계
    를 포함하는 이미지 복호화 방법.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 분리된 N개의 비디오 스트림을 복호화하여 이미지 신호들을 생성하기 위해 병렬로 동작할 수 있는 N개의 복호화 디바이스에 의해 상기 복호화 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 이미지 복호화 방법.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 N개의 복호화 디바이스는 SDTV 신호 복호화 디바이스를 포함하고,
    상기 합성된 이미지 신호는 HDTV 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 복호화 방법.
  33. 이미지 기록 장치에 있어서,
    입력 이미지 신호를 분할하여 N개의 분할 이미지 신호를 생성하기 위한 분할 수단;
    상기 생성된 N개의 분할 이미지 신호의 비트율의 합이 선정된 값에 이르도록, 상기 생성된 N개의 분할 이미지 신호 각각에 대해 비트율을 할당하기 위한 비트율 할당 수단;
    상기 생성된 N개의 분할 이미지 신호를 상기 할당 비트율에 따라 부호화하여 N개의 비디오 스트림을 생성하기 위한 부호화 수단;
    상기 생성된 N개의 비디오 스트림을 하나의 비디오 스트림으로 통합하기 위한 통합 수단; 및
    상기 통합된 비디오 스트림을 기록 매체 상에 기록하기 위한 기록 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 기록 장치.
  34. 이미지 전송 장치에 있어서,
    입력 이미지 신호를 분할하여 N개의 분할 이미지 신호를 생성하기 위한 분할 수단;
    상기 생성된 N개의 분할 이미지 신호의 비트율의 합이 선정된 값에 이르도록, 상기 생성된 N개의 분할 이미지 신호 각각에 대해 비트율을 할당하기 위한 비트율 할당 수단;
    상기 생성된 N개의 분할 이미지 신호를 상기 할당 비트율에 따라 부호화하여 N개의 비디오 스트림을 생성하기 위한 부호화 수단;
    상기 생성된 N개의 비디오 스트림을 하나의 비디오 스트림으로 통합하기 위한 통합 수단; 및
    상기 통합된 비디오 스트림을 전송하기 위한 전송 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 전송 장치.
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