KR20040054743A - 공간 스케일가능 압축 - Google Patents

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KR20040054743A
KR20040054743A KR10-2004-7006084A KR20047006084A KR20040054743A KR 20040054743 A KR20040054743 A KR 20040054743A KR 20047006084 A KR20047006084 A KR 20047006084A KR 20040054743 A KR20040054743 A KR 20040054743A
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에이치. 에이. 브룰스윌헬머스
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

복수의 프레임들 내에 캡처된 비디오 정보의 공간 스케일가능 압축을 수행하기 위한 장치 및 방법이 개시된다. 베이스 레이어 인코더는 비트스트림을 인코딩하기 위해 제1 코딩 표준을 사용한다. 인헨스먼트 레이어 인코더는 잔류 신호를 인코딩하기 위해 제2 코딩 표준을 사용하고, 잔류 신호는 베이스 레이어로부터의 업스케일된 프레임들과 원래 프레임들 사이의 차이이다.

Description

공간 스케일가능 압축{Spatial scalable compression}
디지털 비디오의 고유의 대량의 데이터에 기인하여, 풀모션(full-motion) 고해상도 디지털 비디오 신호들의 전송은 고해상도 텔레비전의 개발에 있어 중요한 문제점이다. 더 구체적으로는, 각각의 디지털 이미지 프레임은 특정 시스템의 디스플레이 해상도에 따라 화소들의 어레이로부터 형성된 정지 이미지(still image)이다. 그 결과, 고해상도 비디오 시퀀스들에 포함된 원래 디지털 정보의 양은 대량이다. 전송되어야 하는 데이터의 양을 감소시키기 위해, 압축 체계들이 데이터를 압축하는데 사용된다. MPEG-2, MPEG-4, 및 H.263을 포함하는 다양한 비디오 압축 표준들 또는 프로세스들이 확립되어 있다.
비디오가 하나의 스트림에서의 다양한 해상도들 및/또는 품질(quality)들에서 이용 가능한 다수의 애플리케이션들이 가용화되어 있다. 이를 성취하기 위한 방법들은 개략적으로 스케일가능성(scalability) 기술들이라 칭한다. 스케일가능성을 전개할 수 있는 3개의 축들이 존재한다. 첫 번째는 종종 시간 스케일가능성이라 칭하는 시간 축 상의 스케일가능성이다. 둘째로, 종종 신호 대 노이즈 스케일가능성 또는 미립자(fine grain) 스케일가능성이라 칭하는 품질 축(양자화: quantization) 상의 스케일가능성이다. 셋째 축은 종종 공간 스케일가능성 또는 계층화된 코딩(layered coding)이라 칭하는 해상도 축(이미지 내의 화소들의 수)이다. 계층화된 코딩에서, 비트스트림은 두 개 이상의 비트스트림들 또는 레이어들로 분할된다. 각각의 레이어는 단일의 고품질 신호를 형성하도록 조합될 수 있다. 예를 들면, 베이스 레이어(base layer)는 더 낮은 품질의 비디오 신호를 제공할 수도 있고, 인헨스먼트 레이어(enhancement layer)는 베이스 레이어 이미지를 향상할 수 있는 부가 정보를 제공한다.
특히, 공간 스케일가능성은 서로 다른 비디오 표준들 또는 디코더 성능들 사이에 호환성을 제공할 수 있다. 공간 스케일가능성에 의해, 베이스 레이어 비디오는 입력 비디오 시퀀스보다 낮은 해상도를 가질 수도 있고, 이 경우 인헨스먼트 레이어는 베이스 레이어의 해상도를 입력 시퀀스 레벨로 복원할 수 있는 정보를 운반한다.
도 1은 공지된 공간 스케일가능 비디오 인코더(100)를 도시한다. 도시된 인코딩 시스템(100)은 레이어 압축을 성취하고, 이에 의해 채널의 부분이 저해상도 베이스 레이어를 제공하기 위해 사용되고, 잔류 부분들은 인헨스먼트 정보를 전송하기 위해 사용되어, 두 개의 신호들이 시스템을 고해상도로 상승시키도록 재조합될 수도 있다. 고해상도 비디오 입력(Hi-Res)은 분할기(102)에 의해 분할되고, 이에 의해 데이터가 저역 필터(104) 및 감산 회로(106)로 송신된다. 저역 필터(104)는 비디오 데이터의 해상도를 감소시키고, 이는 그 후에 베이스 인코더(108)로 공급된다. 일반적으로, 저역 필터들 및 인코더들은 당 기술 분야에 공지되어 있고 간단화를 위해 본원에는 상세히 설명하지 않는다. 인코더(108)는 방송되고, 수신되며 디코더를 경유하여 그 자체로 디스플레이될 수 있는 더 낮은 해상도의 베이스 스트림을 생성하지만, 베이스 스트림은 고해상도로서 고려될 수 있는 해상도를 제공하지 않는다.
디코더(108)의 출력은 또한 시스템(100) 내의 디코더(112)에 공급된다. 이로부터, 디코딩된 신호가 보간 및 업샘플 회로(114)로 공급된다. 일반적으로, 보간 및 업샘플 회로(114)는 디코딩된 비디오 스트림으로부터 필터링된 해상도를 재구성하고 고해상도 입력으로서 동일한 해상도를 갖는 비디오 데이터 스트림을 제공한다. 그러나, 필터링 및 인코딩 및 디코딩으로부터 기인하는 손실들로 인해, 정보의 손실이 재구성된 스트림 내에 존재한다. 손실은 원래의 미수정 고해상도 스트림으로부터 재구성된 고해상도 스트림을 감산함으로써 감산 회로(106)에서 결정된다. 감산 회로(106)의 출력은 적당한 품질 인헨스먼트 스트림을 출력하는 인헨스먼트 인코더(116)로 공급된다.
본 발명은 비디오 인코더/디코더에 관한 것이다.
도 1은 공지된 계층화된 비디오 인코더를 표현하는 블록 다이어그램.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 계층화된 비디오 인코더의 블록 다이어그램.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 계층화된 비디오 디코더의 블록 다이어그램.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인코더의 섹션의 블록 다이어그램.
발명의 개시
공지되어 있는 계층화된 압축 체계들은 상당히 양호하게 작동할 수 있지만, 이들 체계들은 인헨스먼트 레이어가 높은 비트레이트를 필요로 하는 문제점을 여전히 갖는다. 통상적으로, 인헨스먼트 레이어의 비트레이트는 베이스 레이어의 비트레이트와 같거나 높다. 그러나, 고해상도 비디오 신호들을 저장하거나 또는 방송하고자 하는 요구는 공통 압축 표준들에 의해 일반적으로 전달될 수 있는 것보다 낮은 비트레이트들을 요구한다. 이는 기록/재생 시간이 너무 작아지거나 또는 요구된 대역폭이 너무 커지기 때문에 현재의 표준 해상도 시스템들에 고해상도를 도입하는 것을 어렵게 할 수 있다. 따라서, 인헨스먼트 레이어의 비트레이트를 감소시키는 더 효율적인 공간 스케일가능 압축 체계에 대한 요구가 존재한다. 본 발명은 베이스 인코더 및 인헨스먼트 인코더에서의 상이한 코딩 표준을 사용함으로써 다른 공지된 계층화된 압축 체계들의 결점들을 적어도 부분적으로 극복한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수의 프레임들 내에 캡처된 비디오 정보의 공간 스케일가능 압축을 수행하기 위한 장치 및 방법이 개시된다. 베이스 레이어 인코더는 비트스트림을 인코딩하기 위해 제1 코딩 표준을 사용한다. 인헨스먼트 레이어 인코더는 잔류 신호를 인코딩하기 위해 제2 인코딩 표준을 사용하고, 잔류 신호는 베이스 레이어로부터의 업스케일된 프레임들과 원래 프레임들 사이의 차이이다. 인헨스먼트 코더로의 입력은 정상 비디오 입력 신호의 신호 레벨 범위를 갖는 신호로 수정되는 것이 바람직하다. 이러한 수정은 바람직하게는 인헨스먼트 코더 입력의 화소값들이 미리 결정된 입력 범위의 중간으로 시프트되도록 DC-오프셋을 가산함으로써 수행될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 비디오 스트림의 공간 스케일가능 압축을 제공하기 위한 방법 및 장치가 개시된다. 비디오 스트림은 비디오 스트림의 해상도를 감소시키도록 다운샘플링된다. 다운샘플링된 비디오 스트림은 베이스 스트림을 생성하도록 제1 인코딩 표준을 사용하여 인코딩된다. 베이스 스트림은 재구성된 비디오 스트림을 생성하도록 디코딩되고 업컨버팅된다. 재구성된 비디오 스트림은 잔류 스트림을 생성하도록 비디오 스트림으로부터 감산된다. 잔류 스트림은 제2 인코딩 표준을 사용하여 인코딩되고 인헨스먼트 스트림을 출력한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 베이스 스트림 및 인헨스먼트 스트림 내에 수신된 압축된 비디오 정보를 디코딩하기 위한 방법 및 장치가 개시된다. 베이스 스트림은 제1 인코딩 표준을 사용하여 디코딩된다. 디코딩된 베이스 스트림은 디코딩된 베이스 스트림의 해상도를 증가시키도록 업컨버팅된다. 인헨스먼트 스트림은 제2 디코딩 표준을 사용하여 디코딩된다. 디코딩된 인헨스먼트 스트림과 업컨버팅된 디코딩된 베이스 스트림은 비디오 출력을 생성하도록 조합된다.
본 발명의 이들 및 다른 양태들은 이하에 설명되는 실시예들을 참조하여 명백해지고 명료해질 것이다.
이제, 본 발명은 첨부 도면들을 참조하여 예시적으로 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 공간 스케일가능 압축이 베이스 레이어용 제1 코딩 표준 및 인헨스먼트 레이어용 제2 코딩 표준을 사용함으로써 계층화된 인코더에서 성취된다. 도 2는 본 발명을 실시하는데 사용될 수 있는 계층화된 인코더(200)를 도시한다. 당 기술 분야의 숙련자들은 다른 계층화된 인코더들이 본 발명을 실시하는데 또한 사용될 수 있고 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니라는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도시된 인코딩 시스템(200)은 레이어 압축을 성취하고, 이에 의해 채널의 부분이 저해상도 베이스 레이어를 제공하기 위해 사용되고, 나머지 부분은 에지 인헨스먼트 정보를 전송하기 위해 사용되어, 두 개의 신호들이 고해상도로 시스템을 상승시키도록 재조합될 수도 있다. 고해상도 비디오 입력(Hi-RES)은 분할기(202)에 의해 분할되고, 이에 의해 데이터가 저역 필터(204) 및 감산 회로(206)에 전송된다. 저역 필터(204)는 비디오 데이터의 해상도를 감소시켜서, 그것을 베이스 인코더(208)에 공급한다. 일반적으로, 저역 필터들 및 인코더들은 당 기술 분야에 공지되어 있고 간단화를 위해 본원에는 상세히 설명하지 않는다. 인코더(208)는 방송되고, 수신되며 디코더를 경유하여 그 자체로 디스플레이될 수 있는 더 낮은 해상도의 베이스 스트림(BS)을 생성하도록 제1 코딩 표준을 사용하지만, 베이스 스트림은 고해상도로서 고려될 수 있는 해상도를 제공하지 않는다. 제1 코딩 표준은 MPEG-2, MPEG-4, H263, H26L 등과 같은 임의의 비디오 압축 체계일 수 있지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.
인코더(208)의 출력은 시스템(200) 내의 디코더(212)에 또한 공급된다. 그로부터, 디코딩된 신호는 보간 및 업샘플 회로(214) 내로 공급된다. 일반적으로, 보간 및 업샘플 회로(214)는 디코딩된 비디오 스트림으로부터 필터링된 해상도를 재구성하고 고해상도 입력으로서 동일한 해상도를 갖는 비디오 데이터 스트림을 제공한다. 그러나, 필터링 및 인코딩 및 디코딩으로부터 기인하는 손실들로 인해, 정보의 손실이 재구성된 스트림 내에 존재한다. 손실은 잔류 신호를 생성하도록 원래의 미수정 고해상도 스트림으로부터 재구성된 고해상도 스트림을 감산함으로써 감산 회로(206)에서 결정된다. 감산 회로(206)의 출력은 인헨스먼트 인코더(216)로 공급된다. 인헨스먼트 인코더(216)는 잔류 신호를 인코딩하기 위해 제1 코딩 표준과는 상이한 제2 코딩 표준을 사용하고 적당한 품질 인헨스먼트 스트림(ES)을 출력한다. 제2 코딩 표준은 MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4, H263, H26L, H264, 사유 비디오 코딩 방법들 등과 같은 임의의 비디오 압축 체계일 수 있고, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 본 실시예는 제1 코딩 표준과 호환 가능한 베이스 스트림 및 예를 들면 유리한 신규 표준인 제2 표준과 호환 가능한 인헨스먼트 스트림을 제공하기 위한 가능성을 제공한다. MPEG 인코더가 베이스 레이어에 사용되고 H26L 인코더가 인헨스먼트 레이어에 사용되는 특정 예에서, 적어도 2의 팩터가 인헨스먼트 스트림의 비트레이트 상에 획득될 수 있다.
도 3은 계층화된 인코더(200)에 의해 생성된 인코딩된 신호들을 디코딩하기 위한 디코더(300)를 도시한다. 베이스 스트림은 제1 코딩 표준을 사용하여 디코더(302)에서 디코딩된다. 디코더(302)의 출력은 SDTV 출력이다. 인헨스먼트 스트림은 제2 코딩 표준을 사용하여 디코더(304)에서 디코딩된다. 디코더의 출력은 가산 유닛(308)의 업컨버터(306)에서 업컨버팅되어 있는 디코딩된 베이스 스트림과 조합된다. 가산 유닛(308)의 출력은 HDTV 출력이다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상이한 양자화 체계들(quantization schemes)이 또한 베이스 인코더 및 인헨스먼트 인코더에 사용될 수 있다. 도 4는 베이스 인코더 및 인헨스먼트 인코더 모두에 사용될 수 있는 인코더(400)의 섹션을 도시한다. 인코더(400)는 다른 특징들 중에서, DCT 회로(402), 양자화기(404) 및 가변 길이 인코더(406)를 포함한다. DCT 회로(402)는 양자화기(404)에 공급된 DCT 계수들을 얻기 위해 입력 신호 상에 DCT 처리를 수행한다. 양자화기(404)는 피드백으로서 수신된 버퍼(도시 생략)의 데이터 저장량에 따라 양자화 단계(양자화 스케일)를 설정하고 양자화 단계를 사용하여 DCT 회로(402)로부터 DCT 계수들을 양자화한다. 양자화된 DCT 계수들은 세트 양자화 단계와 함께 VLC 유닛(406)으로 공급된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 양자화 체계는 베이스 인코더의 양자화기에 의해 사용되고, 제1 양자화 체계와는 상이한 제2 양자화 체계는 인헨스먼트 인코더의 양자화기에 의해 사용된다. 예를 들면, 적응(프레임의 매크로블록 내의 불균일) 양자화 체계가 베이스 인코더(MPEG-2 인코딩을 사용하는)에 사용되고, 균일(하나의 프레임의 매크로블록 내의) 양자화 체계가 인헨스먼트 인코더(H26L 인코딩을 사용하는)에 사용된다.
본 발명의 상술한 실시예들은 제1 레이어가 SD 베이스 레이어이고 제1 플러스 제2 레이어가 HD-시퀀스를 구성하는 두 개의 레이어 DVD들에 적용될 수 있다. 이 방법은 또한 SD-DVB 신호가 인헨스먼트 레이어에 의해 확장되는 유럽 및 중국의 HD 방송을 점진적으로 도입하는데 사용될 수도 있다. 상기 방법은 또한 탄성 저장을 위해 디스크 상에 레이어된 프로그램들을 저장하는데 적용될 수도 있다.
본 발명의 상이한 실시예들은 몇몇 단계들의 타이밍이 본 발명의 전체 작동에 영향을 주지 않고 상호 교환될 수 있기 때문에 상술한 단계들의 정확한 순서에 한정되는 것은 아니라는 것을 이해할 수 있을 것이다. 더욱이, 용어 "포함하는"은 다른 요소들 또는 단계들을 배제하는 것은 아니며, "단수"를 나타내는 용어는 복수를 배제하는 것은 아니며 단일 프로세서 또는 다른 유닛이 청구범위에 인용된 다수의 유닛들 또는 회로들의 기능들을 충족할 수도 있다.

Claims (15)

  1. 복수의 프레임들 내에 캡처된 비디오 정보의 공간 스케일가능 압축(spatial scalable compression)을 수행하기 위한 장치에 있어서,
    비트스트림을 인코딩하기 위해 제1 코딩 표준을 사용하는 베이스 레이어 인코더;
    잔류 신호를 인코딩하기 위해 제2 코딩 표준을 사용하는 인헨스먼트 레이어 인코더를 포함하고,
    상기 잔류 신호는 상기 베이스 레이어로부터의 업스케일된 프레임들과 원래 프레임들 사이의 차이인, 비디오 정보의 공간 스케일가능 압축을 수행하기 위한 장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 코딩 표준들은 비디오 압축 표준들인, 비디오 정보의 공간 스케일가능 압축을 수행하기 위한 장치.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 코딩 표준들은 MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4, H.263, H26L, H264 및 비디오 코딩 방법들을 포함하는 그룹으로부터 선택되는, 비디오 정보의 공간 스케일가능 압축을 수행하기 위한 장치.
  4. 제1 항에 있어서, 제1 양자화 체계가 상기 베이스 인코더에 사용되고, 제2양자화 체계가 상기 인헨스먼트 인코더에 사용되는, 비디오 정보의 공간 스케일가능 압축을 수행하기 위한 장치.
  5. 제4 항에 있어서, 상기 제1 양자화 체계는 적응 양자화인, 비디오 정보의 공간 스케일가능 압축을 수행하기 위한 장치.
  6. 제5 항에 있어서, 상기 제2 양자화 체계는 균일 양자화인, 비디오 정보의 공간 스케일가능 압축을 수행하기 위한 장치.
  7. 비디오 스트림을 인코딩하기 위한 계층화된 인코더에 있어서,
    상기 비디오 스트림의 해상도를 감소시키기 위한 다운샘플링 유닛;
    제1 인코딩 표준을 사용하여 더 낮은 해상도의 베이스 스트림을 인코딩하기 위한 베이스 인코더;
    재구성된 비디오 스트림을 생성하도록 상기 베이스 스트림의 해상도를 디코딩하고 증가시키기 위한 업컨버팅 유닛;
    잔류 신호를 생성하도록 원래 비디오 스트림으로부터 상기 재구성된 비디오 스트림을 감산하기 위한 감산기 유닛;
    제2 인코딩 표준을 사용하여 상기 감산기로부터의 상기 잔류 신호를 인코딩하고 인헨스먼트 스트림을 출력하기 위한 인헨스먼트 인코더를 포함하는, 계층화된 디코더.
  8. 제7 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 코딩 표준들은 비디오 압축 표준들인, 계층화된 디코더.
  9. 제7 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 코딩 표준들은 MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4, H.263, H26L, H264 및 비디오 코딩 방법들을 포함하는 그룹으로부터 선택되는, 계층화된 디코더.
  10. 제7 항에 있어서, 제1 양자화 체계가 상기 베이스 인코더에 사용되고, 제2 양자화 체계가 상기 인헨스먼트 인코더에 사용되는, 계층화된 디코더.
  11. 제10 항에 있어서, 상기 제1 양자화 체계는 적응 양자화인, 계층화된 디코더.
  12. 제11 항에 있어서, 상기 제2 양자화 체계는 균일 양자화인, 계층화된 디코더.
  13. 압축된 비디오 정보를 디코딩하기 위한 디코더에 있어서,
    제1 인코딩 표준을 사용하여 수신된 베이스 스트림을 디코딩하기 위한 베이스 스트림 디코더;
    상기 디코딩된 베이스 스트림의 해상도를 증가시키기 위한 업컨버팅 유닛;
    제2 인코딩 표준을 사용하여 수신된 인헨스먼트 스트림을 디코딩하기 위한 인헨스먼트 스트림 디코더;
    비디오 출력을 생성하도록 상기 업컨버팅된 디코딩된 베이스 스트림과 상기 디코딩된 인헨스먼트 스트림을 조합하기 위한 가산 유닛을 포함하는, 압축된 비디오 정보를 디코딩하기 위한 디코더.
  14. 비디오 스트림의 공간 스케일가능 압축을 제공하기 위한 방법에 있어서,
    상기 비디오 스트림의 해상도를 감소시키도록 상기 비디오 스트림을 다운샘플링하는 단계;
    베이스 스트림을 생성하도록 제1 인코딩 표준을 사용하여 상기 다운샘플링된 비디오 스트림을 인코딩하는 단계;
    재구성된 비디오 스트림을 생성하도록 상기 베이스 스트림을 디코딩 및 업컨버팅하는 단계;
    잔류 스트림을 생성하도록 상기 비디오 스트림으로부터 상기 재구성된 비디오 스트림을 감산하는 단계; 및
    제2 인코딩 표준을 사용하여 상기 잔류 스트림을 인코딩하고 인헨스먼트 스트림을 출력하는 단계를 포함하는, 비디오 스트림의 공간 스케일가능 압축을 제공하기 위한 방법.
  15. 베이스 스트림 및 인헨스먼트 스트림에 수신된 압축된 비디오 정보를 디코딩하기 위한 방법에 있어서,
    제1 인코딩 표준을 사용하여 상기 베이스 스트림을 디코딩하는 단계;
    상기 디코딩된 베이스 스트림의 해상도를 증가시키도록 상기 디코딩된 베이스 스트림을 업컨버팅하는 단계;
    제2 인코딩 표준을 사용하여 상기 인헨스먼트 스트림을 디코딩하는 단계; 및
    비디오 출력을 생성하도록 상기 업컨버팅된 디코딩된 베이스 스트림과 상기 디코딩된 인헨스먼트 스트림을 조합하는 단계를 포함하는, 베이스 스트림 및 인헨스먼트 스트림에 수신된 압축된 비디오 정보를 디코딩하기 위한 방법.
KR10-2004-7006084A 2001-10-26 2002-10-21 공간 스케일가능 압축 KR20040054743A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

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