KR20020089559A - 영상 압축 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 영상 압축 장치 및 방법에 관한 것으로 특히, H.263 규격의 비디오 스트림을 패킷망으로 전송함에 있어서, GOB 헤더의 사용 여부를 결정하고 그 결정에 따라 H.263 규격의 비디오 스트림을 부호화하여 패킷화하도록 함에 목적이 있다. 이러한 목적의 본 발명은 비트율 제어에 의해 결정된 현재 프레임의 목표 비트량과 GOB 수에 의해 GOB 당 예상 비트수를 결정하고 현재 패킷의 잔여 비트수가 상기 GOB 당 예상 비트수보다 일정량 이상 큰 것으로 판단되면 GOB 헤더없이 부호화하도록 결정하는 GOB 헤더 사용 결정부(410)와, 이 GOB 헤더 사용 결정부(410)의 결정에 따라 GOB를 부호화하는 GOB 인코딩부(420)와, 시작 프레임을 제외하고는 상기 GOB 인코딩부(420)에서 부호화된 패킷이 최대 payload 크기를 초과하면 이전 GOB를 포함하는 패킷을 전송한 후 현재 GOB부터 새로이 패킷화하는 패킷화 처리부(430)를 구비하여 구성한다.

Description

영상 압축 장치 및 방법{IMAGE DATA COMPRESSION APPARATUS AND METHOD}

본 발명은 동화상 압축 기술에 관한 것으로 특히, H.263 표준 규격을 이용한 동화상 부호화 및 패킷화를 위한 영상 압축 장치 및 방법에 관한 것이다.

인터넷을 통한 음성 및 화상 통신에 사용되는 H.323 규격에서는 비디오 스트림의 전송을 위해 IP/UDP/RTP 프로토콜 스택을 사용하며, 데이터 전송 단위인 패킷은 IP/UDP/RTP 헤더와, 비디오의 경우 payload 헤더 및 payload로 구성된다.

그런데, 이더넷(ethernet)을 통해 한번에 전송될 수 있는 패킷의 크기가 제한되어 있기 때문에 H.263 규격으로 압축한 비디오 스트림이 일정한 크기를 넘지 않도록 분할하여 스트림 자체는 payload에 포함시키고 그 스트림을 디코딩하기 위한 부가 정보는 payload 헤더에 포함시켜 전송하게 된다.

비디오 스트림을 분할하는 방법은 payload 포맷의 버전에 따라 차이가 있으나, 일반적으로 도1과 같이 비디오 프레임을 GOB(Group Of Blocks)의 경계에서 분할하여 스트림 버퍼에 저장한 후 전송하게 된다.

이 경우, 한 GOB의 스트림 크기가 최대 payload 크기보다 커서 GOB 단위 분할만으로는 불가능한 경우에는 MB(MacroBlock) 경계에서 나누거나 스트림 내의 임의의 바이트(byte) 경계에서 나누는 방법을 사용할 수 있다.

한편, H.263 규격에서는 부호화 비트를 줄이기 위하여 공간적 중복성을 이용하는데, 움직임 벡터의 부호화 비트를 줄이기 위해 도2와 같이 인접 매크로 블럭(MB)의움직임 벡터(MV_1)(MV_2)(MV_3)를 이용하여 현재 매크로 블럭의 움직임 벡터(MV)를 예측하게 된다.

즉, 현재 GOB 내의 바로 이전 매크로 블럭의 움직임 벡터와 이전 GOB에 속한 매크로 블럭들의 움직임 벡터를 이용하여 현재 매크로 블럭의 움직임 벡터의 예측 벡터를 구하고 이 예측 벡터와의 차분 벡터를 부호화한다.

만일, H.263 AnnexⅠ "Advanced INTRA Coding Mode"를 사용할 경우에는 도3과 같이 현재 매크로 블럭의 DCT 계수에 대한 예측값으로 이전 GOB에 속한 매크로 블럭 내의 DCT 계수를 이용할 수 있다.

그런데, 패킷망을 통해 비디오 스트림을 주고 받는 경우에는 패킷 손실이 유일한 디코딩 오류의 원인으로 패킷 손실률은 망에 따라 최대 20% 정도까지 나올 수 있으므로 모든 GOB에 GOB 헤더를 사용하여 독립적으로 디코딩할 수 있도록 하는 것이 요구된다.

따라서, 각 GOB에 GOB 헤더를 사용하면 한 프레임 내의 임의의 GOB 경계에서 패킷이 나누어지더라도 각 패킷을 독립적으로 디코딩할 수 있으므로 전송중 패킷 손실이 발생하는 경우에도 다른 패킷은 큰 영향이 없이 디코딩할 수 있다.

그러나, 종래에는 모든 GOB에 GOB 헤더를 사용하면 공간적 중복성을 이용하는 방법이 각 GOB 경계 이내로 제한되는 단점이 있다.

즉, 종래에는 움직임 벡터의 경우 이전 GOB에 속한 매크로 블럭의 움직임 벡터를 사용할 수 없으며 Annex Ⅰ의 경우에도 이전 GOB에 속한 매크로 블럭 내의 DCT 계수값을 예측값으로 사용할 수 없으므로 GOB 헤더를 쓰지 않는 경우에 비해 부호화 효율이 저하되는 단점이 있다.

예를 들어, H.263 부호화에서 얻어진 스트림을 패킷망을 통해 전송함에 있어서, 최대 payload 크기를 넘지 않는 한도 내에서 여러 개의 GOB를 하나의 패킷으로 묶어 전송하므로 하나의 패킷으로 묶일 GOB들에 대해서는 첫 GOB 만을 제외하고는 GOB 헤더를 사용하더라도 패킷 손실이 발생할 시에는 영상 데이터 복호화에 도움을 주지 못하면서 부호화 효율만을 떨어뜨리게 된다.

따라서, 본 발명은 종래의 단점을 개선하기 위하여 H.263 규격의 비디오 스트림을 패킷망으로 전송함에 있어서, GOB 헤더의 사용 여부를 결정하고 그 결정에 따라 H.263 규격의 비디오 스트림을 부호화하여 패킷화하도록 창안한 영상 압축 장치 및 방법을 제공함에 목적이 있다.

도1은 GOB 단위의 스트림 분할 방법을 보인 예시도.

도2는 움직임 벡터 예측 방법을 보인 예시도.

도3은 DCT 계수 예측 방법을 보인 예시도.

도4는 본 발명의 실시예를 위한 장치의 블럭도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 *

410 : GOB 헤더 사용 결정부420 : GOB 인코딩부

430 : 패킷화 처리부

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 비트율 제어시 결정된 현재 프레임의 목표 비트량과 GOB 수에 의해 GOB 당 예상 비트수를 결정하고 현재 패킷의 잔여 비트수가 상기 GOB 당 예상 비트수보다 일정량 이상 큰 것으로 판단되면 GOB 헤더없이 부호화하도록 결정하는 GOB 헤더 사용 결정부와, 이 GOB 헤더 사용 결정부의 결정에 따라 프레임을 GOB 단위로 부호화하는 GOB 인코딩부와, 시작 프레임을 제외하고는 상기 GOB 인코딩부에서 부호화된 패킷이 최대 payload 크기를 초과하면 이전 GOB를 포함하는 패킷을 전송한 후 현재 GOB부터 새로이 패킷화하는 패킷화 처리부를 구비하여 구성함을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 GOB 당 예상 비트수를 산출하는 단계와, 상기 GOB 당 예상 비트수와 현재 패킷의 잔여 비트수를 비교하여 부호화시 GOB 헤더의 사용 여부를 판단하는 단계와, 상기에서 현재 패킷의 잔여 비트수가 예상 비트수보다 일정값 이상 크지 않으면 GOB 헤더를 포함하여 부호화하도록 결정하고 반대로, 일정값 이상 크면 GOB 헤더없이 부호화하도록 결정하는 단계와, 상기에서 GOB 헤더를 포함한 부호화 데이터의 크기가 최대 패킷 크기를 넘지 않으면 현재 패킷에 포함시키고 반대로, 상기에서 GOB 헤더를 포함한 부호화 데이터의 크기가 최대 패킷 크기를 초과하면 최대 패킷 크기까지만 분할하고 나머지는 새로운 패킷에 포함시키며 상기에서 GOB 헤더를 포함하지 않은 부호화 데이터의 크기가 최대 패킷 크기를 넘지 않으면 현재 패킷에 포함시키고 반대로, 상기에서 GOB 헤더를 포함하지 않은 부호화 데이터의 크기가 최대 패킷 크기를 넘으면 이전 GOB까지만 현재 패킷에 포함시킨 후 현재 GOB부터는 새로운 패킷에 포함시키는 단계를 수행함을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

도4는 본 발명의 실시예를 위한 장치의 블럭도로서 이에 도시한 바와 같이, 비트율 제어에 의해 결정된 현재 프레임의 목표 비트량과 GOB 수에 의해 GOB 당 예상 비트수를 결정하고 현재 패킷의 잔여 비트수가 상기 GOB 당 예상 비트수보다 일정량 이상 큰 것으로 판단되면 GOB 헤더없이 부호화하도록 결정하는 GOB 헤더 사용 결정부(410)와, 이 GOB 헤더 사용 결정부(410)의 결정에 따라 GOB를 부호화하는 GOB 인코딩부(420)와, 시작 프레임을 제외하고는 상기 GOB 인코딩부(420)에서 부호화된 패킷이 최대 payload 크기를 초과하면 이전 GOB를 포함하는 패킷을 전송한 후 현재 GOB부터 새로이 패킷화하는 패킷화 처리부(430)를 구비하여 구성한다.

이와같이 구성한 본 발명의 실시예에 대한 동작 및 작용 효과를 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서는 각 GOB를 부호화하기 전에 그 GOB가 현재 패킷에 포함될 수 있는지 아닌지의 여부를 판단하여 GOB가 현재 패킷에 포함될 수 없는 경우에만 GOB 헤더를 사용함으로써 불필요한 GOB 헤더의 사용으로 인한 부호화 효율의 저하를 방지하게 된다.

특히, 비트율이 낮아질수록 하나의 패킷에 들어가는 GOB의 수가 점점 많아져 최대 한 프레임 전체가 한 패킷에 들어갈 수 있으므로 모든 GOB에 GOB 헤더를 사용하는 방법에 비해 본 발명으로 얻을 수 있는 부호화 성능 향상은 낮은 비트율일수록 더 커지게 된다.

우선, 한 프레임을 전송하기 위해서 GOB 단위로 부호화한 후 패킷화하도록 한다.

이때, 각 프레임의 첫 GOB를 제외한 나머지 GOB에 대해서는 부호화하기 전에 GOB 헤더 사용 결정부(410)에서 GOB 헤더의 사용 여부를 결정하게 된다.

즉, GOB 헤더 사용 결정부(410)는 부호화하기 이전 시점에서 GOB의 예상 비트수와 현재 패킷의 잔여 비트수를 고려하여 최대 payload 크기를 넘지 않을 것으로 판단되면 GOB 헤더없이 부호화한 후 현재 패킷에 포함시키도록 결정하고 반대로, 최대 payload 크기를 넘는 경우에는 GOB 헤더를 사용하여 부호화하도록 결정한다.

이 후, GOB 인코딩부(420)는 GOB 헤더 사용 결정부(410)에서 결정된 결과에 따라GOB를 부호화하게 된다.

이에 따라, 패킷화 처리부(430)는 GOB 인코딩부(420)에서 부호화된 GOB 크기가 GOB 헤더 사용 결정부(410)에서 결정된 결과와 동일한지 판단하고 그 판단 결과에 따라 패킷화 처리를 수행하게 된다.

즉, GOB 인코딩부(420)에서 현재의 GOB를 부호화하였을 때 GOB 헤더 사용 결정부(410)에서 판단한 것과 같이 부호화된 GOB의 크기가 최대 payload 크기를 넘지 않으면 패킷화 처리부(430)는 상기에서 부호화된 GOB를 현재 패킷에 포함시키고 만약, 판단 결과와는 달리 최대 payload 크기를 넘으면 최대 payload 크기까지만 분할하여 현재 패킷에 포함시켜 전송하고 나머지 부분은 새로운 패킷에 포함시켜 전송하게 된다.

또한, GOB 인코딩부(420)에서 현재의 GOB를 부호화하였을 때 GOB 헤더 사용 결정부(410)에서 판단한 것과 같이 부호화된 GOB의 크기가 최대 payload 크기를 넘으면 패킷화 처리부(430)는 이전 GOB까지 포함하는 현재 패킷을 전송한 후 현재 GOB부터는 새로운 패킷에 포함시켜 전송하고 만약, 판단 결과와는 달리 최대 payload 크기를 넘지 않으면 GOB 헤더를 사용했더라도 현재 패킷에 포함시켜 전송하게 된다.

한편, 상기와 같은 동작을 수식을 이용하여 설명하면 다음과 같다.

GOB 헤더의 사용 여부를 결정할 때 GOB의 예상 비트수는 비트율 제어시 얻어진 현재 프레임의 목표 비트량을 이용하여 얻을 수 있는데, 현재 프레임의 목표 비트량을라고 하고 현재 프레임의 GOB 수를라고 가정하면 각 GOB를 부호화하는데소요되는 평균 예상 비트량는 다음과 같은 식을 이용하여 구할 수 있다.

그리고, 최대 payload 크기에 해당하는 비트수를라 하고 현재 패킷의 부호화 비트수를이라 가정하면 현재 GOB를 부호화할 때 GOB 헤더를 사용하기 위한 조건은 다음과 같다.

즉, 현재 패킷의 잔여 비트수()가 GOB 당 평균 예상 비트량()보다이상으로 크지 않으면 GOB 헤더를 사용하여 부호화하고 반대로, 상기 조건을 만족하지 않으면 현재 GOB가 현재 패킷에 충분이 포함될 수 있다고 판단하여 GOB 헤더없이 부호화한다.

여기서,은 프레임내의 spatial variance에 따라 GOB의 부호화 비트가보다 커질 수 있으므로 이를 반영한 값으로, 아래 식과 같이에 비례하는 값으로 정할 수 있다.

여기서, k는 상수값으로 프레임 내의 spatial variance를 고려하여 정하거나 실제 GOB 부호화 비트수의 variance에 따라 적응적으로 가변시킬 수 있다.

상기에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 프레임 내의 각 GOB에 대해 부호화하기 전에 그 GOB가 현재 패킷에 포함될 수 있는지의 가능성을 미리 판단하여 현재패킷에 포함될 가능성이 있는 경우에는 GOB 헤더없이 부호화함으로써 불필요한 GOB 헤더 사용으로 인한 부호화 효율의 저하를 막을 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 패킷망을 통해 H.263 비디오 스트림을 전송하기 위한 패킷화에 있어서 제한된 최대 패킷 크기와 실제 부호화된 GOB의 비트수를 고려하여 최대한 많은 스트림을 하나의 패킷에 포함하므로 패킷의 개수를 줄여 효율적인 패킷화를 수행할 수 있는 효과가 있다.

이러한 효과를 발휘하는 본 발명은 패킷망을 통해 H.263 규격의 비디오 스트림을 전송하는 모든 응용에 적용할 수 있으며 이로 인해 부호화 효율을 높이는 동시에 효율적인 패킷화를 수행함으로써 시스템 성능을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (6)

1. GOB 당 예상 비트수가 현재 패킷의 잔여 비트수보다 일정값 이상 큰 것으로 판단되면 GOB 헤더없이 부호화하도록 결정하는 GOB 헤더 사용 결정부와, 이 GOB 헤더 사용 결정부의 결정에 따라 GOB를 부호화하는 GOB 인코딩부와, 상기 GOB 인코딩부에서 부호화된 데이터가 최대 패킷 크기를 초과하는 것으로 판단한 경우 부호화 데이터를 분할하여 패킷화하는 패킷화 처리부를 구비하여 구성함을 특징으로 하는 영상 압축 장치.
2. 제1항에 있어서, 패킷화 처리부는 GOB 헤더를 포함한 부호화 데이터가 최대 패킷 크기를 초과하면 이전 GOB를 포함하는 패킷을 전송한 후 현재 GOB부터 새로운 패킷에 포함시키고 GOB 헤더없이 부호화한 데이터가 최대 패킷 크기를 초과하면 최대 패킷 크기까지만 분할하여 현재 전송 패킷에 포함시킨 후 나머지 부분은 새로운 패킷에 포함시키며 상기 부호화 데이터가 최대 패킷 크기를 초과하지 않으면 현재 패킷에 포함시키도록 구성함을 특징으로 하는 영상 압축 장치.
3. GOB 당 예상 비트수를 산출하는 제1 단계와, 상기 GOB 당 예상 비트수와 현재 패킷의 잔여 비트수를 비교하여 부호화시 GOB 헤더의 사용 여부를 판단하는 제2 단계와, 부호화 데이터가 최대 패킷 크기를 초과하는지 판단하는 제3 단계와, 상기에서 부호화 데이터가 최대 패킷 크기를 초과하면 부호화 데이터를 분할하여 패킷화하는제4 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 영상 압축 방법.
4. 제3항에 있어서, 제1 단계는 현재 프레임의 목표 비트량()을 현재 프레임의 GOB 수()로 나누어 각 GOB를 부호화하는데 소요되는 평균 예상 비트량()을 산출하는 것을 특징으로 하는 영상 압축 방법.
5. 제3항에 있어서, 제2 단계는 아래 식을 충족하는지 판단하여 현재 패킷의 잔여 비트수()가 예상 비트량(T_g)보다 일정값() 이상 크지 않으면 GOB 헤더를 포함하여 부호화하도록 결정하고 반대로, 일정값() 이상 크면 GOB 헤더없이 부호화하도록 결정하는 것을 특징으로 하는 영상 압축 방법.

   여기서,는 최대 패킷 크기에 해당하는 비트수이고,은 현재 패킷의 부호화 비트수이다.
6. 제3항에 있어서, 제4 단계는 부호화 데이터에 GOB 헤더가 포함되었는지 판단하는 과정과, GOB 헤더를 포함하는 부호화 데이터로 판단되면 최대 패킷 크기까지만 분할하고 나머지는 새로운 패킷에 포함시키는 과정과, GOB 헤더를 포함하지 않은 부호화 데이터로 판단되면 이전 GOB까지만 현재 패킷에 포함시킨 후 현재 GOB부터는 새로운 패킷에 포함시키는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 영상 압축 방법.