KR20050049965A - 에스엔알 스케일러빌리티를 위한 동영상 부호화 및 복호화장치 - Google Patents

에스엔알 스케일러빌리티를 위한 동영상 부호화 및 복호화장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이동 통신 단말기와 같이 가용 전력이나 계산능력 등의 리소스에 한계가 있는 장치에 적용하여, SNR 스케일러빌리티의 성능은 기존의 동영상 복호기와 동일하게 유지하면서, 복잡도는 절반 정도로 줄일 수 있도록 하는 동영상의 부호화 및 복호화 장치에 관한 것으로, 상기 부호화 장치는 기본계층 부호화기에 입력되는 동일한 영상 데이터를 향상계층 부호화기의 이산여현변환기에 입력하고, 상기 기본계층 부호화기의 양자화기를 거쳐 부호화된 데이터를, 향상계층 부호화기의 이산여현변환된 데이터에서 차감하여 향상계층 부호화기의 양자화기로 입력하고, 그 양자화된 데이터를 역양자화기와 역이산여현변환기를 통해 재현하고, 그 재현된 신호에 상기 기본계층 부호화기의 양자화된 데이터를 합산하여 프레임 메모리에 저장한 후, 상기 향상계층 부호화기의 이산여현 변환기에 입력되는 영상 데이터에 대한 움직임 보상을 수행하도록 구성되고, 상기 복호화 장치는 기본계층 스트림과 향상계층 스트림을 각각 수신하여 복호화하는 가변장복호화기와, 상기 복호화된 향상계층 데이터를 역양자화하는 역양자화기와, 상기 역양자화된 데이터에 상기 가변장복호화기를 통해 복호화된 기본계층 데이터를 합산하는 덧셈기와, 상기 덧셈기를 통해 합산된 데이터를 역이산여현변환하여 고화질의 복원영상을 출력하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

에스엔알 스케일러빌리티를 위한 동영상 부호화 및 복호화 장치{VIDEO CODE AND DECODE APPARATUS FOR SNR SCALABILITY}
본 발명은 에스엔알 스케일러빌리티를 위한 동영상 부호화 및 복호화 장치에 관한 것으로, 특히 이동 통신 단말기와 같이 가용 전력이나 계산능력 등의 리소스에 한계가 있는 장치에 적용하여, SNR 스케일러빌리티의 성능은 기존의 동영상 복호기와 동일하게 유지하면서, 복잡도는 절반 정도로 줄일 수 있도록 하는 에스엔알 스케일러빌리티를 위한 동영상 부호화 및 복호화 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 화질이 다른 두 개의 영상(저화질, 고화질) 시퀀스를 복호기와 전송로의 상태에 따라, 동시에 효율적으로 보내기 위해서는 SNR(Signal to Noise Ratio : 신호 대 잡음 비) 스케일러빌리티를 사용하는 것이 바람직하다.
통상적으로, 화질이 낮은 계층을 '기본계층(Base Layer)', 화질이 높은 계층을 '향상계층(Enhancement Layer)'이라 부르며 SNR이 크면 압축률이 낮고 고화질이 된다.
기본계층은 MPEG-1이나 MPEG-2로 부호화 되는데 비해, 향상계층에서는 상기 기본계층으로 부호화된 데이터를 재현하여, 본래의 데이터로부터 상기 재현된 데이터를 빼서 그 차이분만을 기본계층의 양자화 스텝보다 작은 양자화 스텝으로 양자화해서(보다 세밀하게 양자화해서)부호화 한다. 따라서, 향상계층에는 예측이 존재하지 않고 항상 이 오차분만이 부호화 된다.
따라서, SNR 스케일러빌리티를 적용한 복호기는 평상시에는 기본계층과 향상계층의 데이터를 합쳐서 고화질의 영상을 재생하지만, 전송상의 장애로 향상계층의 데이터를 보낼 수 없을 경우, 기본계층만으로 영상을 재생하여 영상이 전혀 나오지 않는 최악의 상황을 방지할 수 있도록 한다.
한편, 도1은 일반적인 SNR 스케일러빌리티의 원리를 설명하기 위한 예시도로서, 이에 도시된 바와 같이 SNR 스케일러빌리티의 향상계층은 기본계층의 각 화면보다 화질이 향상된 EI-화면(Enhanced I-picture)과 EP-화면(Enhanced P-picture)들로 구성된다. 도1에서 P1, P2, P3는 화면의 순서를 나타내며 P1은 I-화면이고 P2, P3는 모두 P-화면이다.
도2는 종래의 SNR 스케일러빌리티를 위한 동영상 부호기의 구성을 보인 블록도이고, 도3은 종래의 SNR 스케일러빌리티를 위한 동영상 복호기의 구성을 보인 블록도이다.
도2를 참조하면, SNR 스케일러빌리티를 위한 동영상 부호기는 양자화 스텝이 다른 일반적인 부호기 두 개를 사용하여 구성된 것으로, 큰 양자화 스텝으로 기본계층을 부호화 하는 기본계층 부호화기(10)와, 상기 기본계층으로 부호화된 데이터를 재현하여, 본래의 데이터로부터 상기 재현된 데이터를 빼서 그 차이분만을 기본계층의 양자화 스텝()보다 작은(세밀한) 양자화 스텝()으로 부호화 하는 향상계층 부호화기(20)로 구성된다. 물론, 양자화 파라미터가 클 경우 양자화에 의해 발생되는 왜곡 ( <)도 더 커짐은 자명하다.
도3을 참조하면, SNR 스케일러빌리티를 위한 동영상 복호기 역시 복호기 두 개를 사용하여 구성된 것으로, 기본계층 동영상 스트림을 받아 복원하는 기본계층 복호화기(30)와, 향상계층 동영상 스트림을 받아 복원하는 향상계층 복호화기(40)로부터 복호화된 두 동영상 스트림을 하나로 합하여 출력함으로써, 고화질의 영상을 재생할 수 있도록 구성된 것으로, 상기 동영상 복호기는 두 개의 복호기로 구성되기 때문에, 일반적인 동영상 복호기에 비해 복잡도가 2배로 증가하게 되는 문제점이 있다.
더욱이, 이동 통신 단말기와 같이 자원이 한정된 장치에서 동영상 스트리밍 서비스를 이용하고자 할 경우, 상기와 같이 복잡도가 높은 복호기를 사용하게 되면 단말기의 크기와 제작단가를 상승시키게 되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로, 이동 통신 단말기와 같이 가용 전력이나 계산능력 등의 리소스에 한계가 있는 장치에 적용하여, SNR 스케일러빌리티의 성능은 기존의 동영상 복호기와 동일하게 유지하면서, 복잡도는 절반 정도로 줄일 수 있도록 하는 에스엔알 스케일러빌리티를 위한 동영상 부호화 및 복호화 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 큰 양자화 스텝으로 기본계층을 부호화 하는 기본계층 부호화기와, 상기 기본계층의 양자화 스텝보다 작은(세밀한) 양자화 스텝으로 부호화 하는 향상계층 부호화기로 구성된 에스엔알 스케일러빌리티 동영상 부호화기에 있어서, 상기 기본계층 부호화기에 입력되는 동일한 영상 데이터를 향상계층 부호화기의 이산여현변환기에 입력하고, 상기 기본계층 부호화기의 양자화기를 거쳐 부호화된 데이터를, 향상계층 부호화기의 이산여현변환된 데이터에서 차감하여 향상계층 부호화기의 양자화기로 입력하고, 그 양자화된 데이터를 역양자화기와 역이산여현변환기를 통해 재현하고, 그 재현된 신호에 상기 기본계층 부호화기의 양자화된 데이터를 합산하여 프레임 메모리에 저장한 후, 상기 향상계층 부호화기의 이산여현 변환기에 입력되는 영상 데이터에 대한 움직임 보상을 수행하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 기본계층 동영상 스트림과 향상계층 동영상 스트림을 받아 복원하는 에스엔알 스케일러빌리티 동영상 복호화기에 있어서, 기본계층 스트림과 향상계층 스트림을 각각 수신하여 복호화하는 가변장복호화기와, 상기 복호화된 향상계층 데이터를 역양자화하는 역양자화기와, 상기 역양자화된 데이터에 상기 가변장복호화기를 통해 복호화된 기본계층 데이터를 합산하는 덧셈기와, 상기 덧셈기를 통해 합산된 데이터를 역이산여현변환하여 고화질의 복원영상을 출력하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명은 SNR 스케일러빌리티 기능을 지원하는 복호기의 복잡도를 기존의 절반정도로 감소시킬 수 있도록 하는 부호화기와 복호화기의 제공을 요지로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
도4는 본 발명에 따른 SNR 스케일러빌리티 부호기의 구성을 보인 블록도로서, 도2에 도시된 종래의 부호기와 비교할 때 기본계층 부호화기로부터 데이터를 향상계층 부호화기로 인가하기 위한 구성이 바뀌었음을 알 수 있다.
즉, 종래의 경우 기본계층 부호화기(10)에서 이산여현변환기(DCT)와 양자화기()를 거쳐 부호화된 데이터를, 역양자화기()와 역이산여현변환기(IDCT)를 통해 재현하고, 본래의 데이터로부터 상기 재현된 데이터를 빼서 그 차이분만을 향상계층 부호화기(20)의 이산여현변환기(DCT)에 입력하여 기본계층 부호화기(10)와 동일한 절차를 거쳐 부호화하도록 되어 있다.
그러나, 본 발명에서는 도4에 도시된 바와 같이 향상계층 부호화기(200)에도 기본계층 부호화기(100)와 마찬가지로 본래의 영상 데이터를 이산여현변환기(DCT)에 입력하도록 구성하고, 기본계층 부호화기의 D 포인트에서 출력되는 데이터(기본계층 부호화기의 이산여현변환기(DCT)와 양자화기()를 거쳐 부호화된 데이터)를, 향상계층 부호화기의 이산여현변환된 데이터에서 차감하여 양자화기()로 입력하도록 구성하고, 또한 상기 D 포인트의 데이터를 향상계층 부호화기의 역양자화기()와 역이산여현변환기(IDCT)를 통해 재현된 신호에 합산하여 프레임 메모리(FM)에 입력되게 구성한다.
도5는 본 발명에 따른 SNR 스케일러빌리티 복호기의 구성을 보인 블록도로서, 도3에 도시된 복호기와 비교할 때 복잡도가 절반정도로 줄었음을 알 수 있다.
즉, 기본계층 스트림과 향상계층 스트림을 각기 수신하여 복호화하는 가변장복호화기(VLD)와, 상기 복호화된 향상계층 데이터를 역양자화하는 역양자화기()와, 상기 역양자화된 데이터에 상기 복호화된 기본계층 데이터를 합산하는 덧셈기(SUM1)와, 상기 덧셈기(SUM1)를 통해 합산된 데이터를 역이산여현변환하여 출력하도록 구성한다.
즉, 상기 도4와 도5에 도시된 본 발명의 부호화기와 복호화기는 종래와 동일한 성능을 유지하면서, 복호화기의 복잡도는 절반정도로 감소시킬 수 있도록 한 것으로, 이하 본 발명이 종래의 SNR 스케일러빌리티 기능과 동일한 기능을 지원함을 증명하도록 한다.
우선, 도4의 부호화기를 통해 부호화된 P1(I-화면)이 도5의 복호화기를 통해 복호화되는 과정을 설명한다. P1 화면에 대한 도4의 각 포인트(D, G, H)에서의 영상신호는 다음과 같이 표시된다.
D에서 영상신호 : (DCT(P1)) -------------------- (1)
G에서 영상신호 : DCT(P1) - (DCT(P1)) ----------- (2)
H에서 영상신호 : [DCT(P1) - (DCT(P1))] ------- (3)
다음, 상기 부호화 신호를 수신한 도5의 각 포인트에서의 영상신호는 다음과 같이 표시된다.
J에서 영상신호 :
[[DCT(P1)-(DCT(P1))]] = DCT(P1)-(DCT(P1))+ --- (4)
(여기서, 는 양자화 파라미터 에 의해 발생되는 왜곡을 의미한다.)
K에서 영상신호 : DCT(P1) + --------------------- (5)
L 및 M에서 영상신호 : P1 + ()=P1 + ------ (6)
(여기서, I-화면은 모션벡터(MV)에 의한 움직임 예측을 하지 않으므로 L과 M에서의 영상신호가 동일하다.)
상기 수학식 (6)에 보인 결과에 의하면 P1(I-화면)에 노이즈(양자화 파라미터 에 의해 1 번째 화면에 발생된 왜곡())가 포함된 것으로, 종래의 SNR 스케일러빌리티 구조에 의한 화질과 동일함을 알 수 있다.
다음, 도4의 부호화기를 통해 부호화된 P2(P-화면)이 도5의 복호화기를 통해 복호화되는 과정을 설명한다.
이때, P2는 P-화면이므로 예측 부호화(Prediction coding)에 기반하여 부호화 및 복호화가 수행되기 때문에, 도4의 기본계층 부호화기의 프레임 메모리(FM)에 이미 저장되어 있는 이전 화면은 P1+ 이며, 향상계층 부호화기의 프레임 메모리에 이미 저장되어 있는 이전 화면은 P1+ 가 된다.
P2 화면에 대한 도4의 각 포인트(B ~ H)에서의 영상신호는 다음과 같이 표시된다.
B에서 영상신호 : P2-MC(P1 + , MV1) ---------------- (7)
(여기서, MC(P,MV)는 움직임 벡터 MV를 이용한 화면 P에 대한 움직임 보상(Motion Compensation)을 의미한다.)
C에서 영상신호 : DCT[P2 - MC(P1 + , MV1)] ----------- (8)
D에서 영상신호 : [DCT[P2 - MC(P1 + , MV1)]] ------- (9)
E에서 영상신호 : P2-MC(P1 + , MV2) ---------------- (10)
F에서 영상신호 : DCT[P2 - MC(P1 + , MV2)] ----------- (11)
G에서 영상신호 :
DCT[P2-MC(P1 + ,MV2)] - [DCT[P2-MC(P1 + ,MV1)]] - (12)
H에서 영상신호 :
[DCT[P2-MC(P1 +,MV2)]]-[DCT[P2-MC(P1 + ,MV1)]]] - (13)
J에서 영상신호 :
DCT[P2-MC(P1+,MV2)]-[DCT[P2-MC(P1+,MV1)]] + - (14)
K에서 영상신호 : DCT[P2 - MC(P1 + ,MV2)] + ------- (15)
L에서 영상신호 : P2-MC(P1 + , MV2) + () ----- (16)
M에서 영상신호 : P2 + () = P2 + -------------- (17)
상기 수학식 (17)에 보인 결과에 의하면 P2(P-화면)에 노이즈(양자화 파라미터 에 의해 2 번째 화면에 발생된 왜곡())가 포함된 것으로, 종래의 SNR 스케일러빌리티 구조에 의한 화질과 동일함을 알 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 에스엔알 스케일러빌리티를 위한 동영상 부호화 및 복호화 장치는, 이동 통신 단말기와 같이 가용 전력이나 계산능력 등의 리소스에 한계가 있는 장치에 적용하여, SNR 스케일러빌리티의 성능은 기존의 동영상 복호기와 동일하게 유지하면서, 복잡도는 절반 정도로 줄일 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 기존의 부호화기와 복호화기에서 얻을 수 있는 동일한 화질의 영상을 얻으면서 복호화기의 복잡도를 절반정도로 줄일 수 있기 때문에, 이동 통신 단말기와 같이 자원에 한계가 있는 장치에 적용할 경우 자원의 이용 효율성을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 SNR 스케일러빌리티의 원리를 설명하기 위한 예시도.
도 2는 종래의 SNR 스케일러빌리티를 위한 동영상 부호기의 구성을 보인 블록도.
도 3은 종래의 SNR 스케일러빌리티를 위한 동영상 복호기의 구성을 보인 블록도.
도 4는 본 발명에 따른 SNR 스케일러빌리티 부호기의 구성을 보인 블록도.
도 5는 본 발명에 따른 SNR 스케일러빌리티 복호기의 구성을 보인 블록도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100 : 기본계층 복호화기 200 : 향상계층 복호화기

Claims (3)

  1. 큰 양자화 스텝으로 기본계층을 부호화 하는 기본계층 부호화기와, 상기 기본계층의 양자화 스텝보다 작은(세밀한) 양자화 스텝으로 부호화 하는 향상계층 부호화기로 구성된 에스엔알 스케일러빌리티 동영상 부호화기에 있어서,
    상기 기본계층 부호화기에 입력되는 동일한 영상 데이터를 향상계층 부호화기의 이산여현변환기에 입력하고, 상기 기본계층 부호화기의 양자화기를 거쳐 부호화된 데이터를, 향상계층 부호화기의 이산여현변환된 데이터에서 차감하여 향상계층 부호화기의 양자화기로 입력하고, 그 양자화된 데이터를 역양자화기와 역이산여현변환기를 통해 재현하고, 그 재현된 신호에 상기 기본계층 부호화기의 양자화된 데이터를 합산하여 프레임 메모리에 저장한 후, 상기 향상계층 부호화기의 이산여현 변환기에 입력되는 영상 데이터에 대한 움직임 보상을 수행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 에스엔알 스케일러빌리티를 위한 동영상 부호화 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 향상계층 부호화기의 양자화기로 데이터를 입력하기 위하여, 이산여현변환기와 양자화기 사이에 감산기를 더 추가하고, 그 감산기를 통해 향상계층 부호화기의 이산여현변환된 데이터에서 기본계층 부호화기의 양자화기를 거쳐 부호화된 데이터 차감하도록 구성된 것을 특징으로 하는 에스엔알 스케일러빌리티를 위한 동영상 부호화 장치.
  3. 기본계층 동영상 스트림과 향상계층 동영상 스트림을 받아 복원하는 에스엔알 스케일러빌리티 동영상 복호화기에 있어서,
    기본계층 스트림과 향상계층 스트림을 각각 수신하여 복호화하는 가변장복호화기와, 상기 복호화된 향상계층 데이터를 역양자화하는 역양자화기와, 상기 역양자화된 데이터에 상기 가변장복호화기를 통해 복호화된 기본계층 데이터를 합산하는 덧셈기와, 상기 덧셈기를 통해 합산된 데이터를 역이산여현변환하여 고화질의 복원영상을 출력하도록 구성된 것을 특징으로 하는 에스엔알 스케일러빌리티를 위한 동영상 복호화 장치.
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