KR20060078289A - 동영상 데이터의 인코딩을 위한 다중 참조 프레임 운영 방법 - Google Patents

동영상 데이터의 인코딩을 위한 다중 참조 프레임 운영 방법 Download PDF

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KR20060078289A
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Abstract

본 발명은 비트 스트림 형태의 동영상 데이터를 전송하기 위하여 동영상 데이터 프레임을 압축하여 인코딩할 경우, 다중 참조 프레임을 일정 갯수로 제한하고, IDR 프레임만을 참조하는 프레임을 제외한 나머지 프레임에 대해 연속적인 참조 프레임으로 참조하지 않고, 일정한 배수만큼의 거리를 둔 참조 프레임으로 참조하는, 동영상 데이터의 인코딩을 위한 다중 참조 프레임 운영 방법에 관한 것으로서,
본 발명에 의하면, 각 영상 프레임의 인코딩시에 IDR 프레임을 Long-term 참조 영상을 설정하고, 3번째 또는 2번째 앞의 참조 프레임을 참조하는 것과 같이 일정 거리 이상의 참조 프레임을 다중으로 참조하는 것을 특징으로 하며,
본 발명에 의하면, 에러의 전위로 인하여 생기는 에러 발생을 줄일 수 있어 에러에 강인한 비트 스트림을 생성할 수 있다.
동영상, 인코딩, 다중 참조, 프레임, MPEG, 비트 스트임, 압축, H.264

Description

동영상 데이터의 인코딩을 위한 다중 참조 프레임 운영 방법{Method for Managing Multiple Reference Frame in Moving Pictures Data Encoding}
도 1a는 화상 부호화 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭 구성도,
도 1b는 부호화 대상 블럭과 주변 블럭의 부호화 모드를 도시한 도면,
도 1c는 종래 일반적인 동영상 참조 프레임의 적용 방식을 나타낸 도면,
도 1d는 종래 일반적인 동영상 참조 프레임의 적용시 에러 파급의 예를 도시한 도면,
도 2는 동영상 데이터의 프레임 구조도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다중 참조 프레임 적용 방식의 일례를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 동영상 데이터의 인코딩을 위한 다중 참조 프레임 운영 방법을 나타낸 순서도,
도 5a는 IDR 프레임 내의 첫번째 프레임에 에러가 발생할 경우를 나타낸 도면,
도 5b는 IDR 프레임 내의 두번째 프레임에 에러가 발생할 경우를 나타낸 도면,
도 5c는 IDR 프레임 내의 네번째 프레임에 에러가 발생할 경우를 나타낸 도면이다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100 : 화상 부호화 장치 1 : 부호화 모드 판정부
2 : 모드 데이터 부호화부 3 : 블럭 데이터 부호화부
4 : 다중화부
본 발명은 동영상 데이터의 인코딩을 위한 다중 참조 프레임 운영 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 비트 스트림 형태의 동영상 데이터를 전송하기 위하여 동영상 데이터 프레임을 압축하여 인코딩할 경우, 다중 참조 프레임을 일정 갯수로 제한하고, IDR(Instantaneous Decoding Refresh) 프레임만을 참조하는 프레임을 제외한 나머지 프레임에 대해 연속적인 참조 프레임으로 참조하지 않고, 일정한 배수만큼의 거리를 둔 참조 프레임을 참조하는, 동영상 데이터의 인코딩을 위한 다중 참조 프레임 운영 방법에 관한 것이다.
현재, 통신 기술의 발달에 따라 이동 통신망을 이용하여 동영상 등의 멀티미디어 데이터를 전송하기 위하여, 국제 동영상 부호 표준에 따른 동영상 압축 기술을 적용하고 있다.
도 1은 H.261/H.263/MPEG-1/MPEG-2/MPEG-4/H.264 등의 표준 압축 기법에서 적용하고 있는 종래 비트 스트림 생성을 위한 프레임 참조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1a는 화상 부호화 장치(100)의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭 구성도이다.
화상 부호화 장치(100)는 부호화 대상으로 되어 있는 화소 블럭의 부호화 모 드를 나타내는 부호화 모드 데이터를 출력하는 부호화 모드 판정부(1), 부호어표를 이용하여 모드 데이터의 부호어를 생성하는 모드 데이터 부호화부(2), 화소 블럭내의 화소값의 부호어를 생성하는 블럭 데이터 부호화부(3), 모드 데이터에 관한 부호어와 화소값 데이터에 관한 부호어를 다중화하여 부호화 화상 신호를 생성하는 다중화부(4)를 구비한다.
도 1a에서, 부호(11)는 블럭 분할부에 의해서 분할된 디지털 입력 화상의 블럭의 화소값 신호이고, 부호(12)는 화소 블럭의 부호화 모드 데이터이며, 부호(13)는 모드 데이터에 관한 부호어이고, 부호(14)는 블럭 데이터에 관한 부호어이며, 부호(15)는 블럭으로 분할된 디지털 입력 화상의 부호화 화상 신호를 나타낸다.
위와 같이 구성된 화상 부호화 장치(100)에서, 1 프레임(Frame)의 디지털 입력 화상은 블럭 분할부에 의해서 가로 m 화소, 세로 n 라인으로부터 구성된 복수의 화소 블럭으로 분할된다. 분할된 화소 블럭의 화소값 신호(11)가 부호화 모드 판정부(1) 및 블럭 데이터 부호화부(3)에 입력된다.
부호화 모드 판정부(1)에서는, 위치(i, j)(이하, POS(i, j)라 칭함)의 화소 블럭의 화소값 데이터로부터 그 화소 블럭의 부호화 모드를 결정한다. 통상의 컬러 신호의 경우는 움직임 보상의 유무나 직교 변환 계수의 유무, 또한 형상 신호의 경우는 유의 형상의 유무 등을 정한다. 이진값 화상 신호의 경우를 예로 들어 설명하면, 블럭내의 모든 화소값이 흑(Black) 화소로 되어 있는 상태(A), 모든 화소값이 백(White) 화소로 되어 있는 상태(B), 흑 화소와 백 화소가 혼재하고 있는 상태(C)의 3 상태가 존재할 수 있다. 따라서, 3가지의 상태에 대응하여 3가지의 부호화 모 드 A, B, C가 존재하게 된다. 그리고, POS(i, j)의 화소 블럭의 부호화 모드를 MODE(i, j)로 칭한다. 부호화 모드 판정부(1)는 결정된 MODE(i, j)를 모드 데이터 부호화부(2) 및 블럭 데이터 부호화부(3)에 각각 출력한다.
모드 데이터 부호화부(2)는 부호어표 예측 테이블로부터 MODE(i, j)에 대응하는 부호어표를 선택하여 모드 데이터에 관한 부호어를 생성한다. 모드 데이터 부호화부(2)에 있어서, 지금 부호화 대상으로 되어 있는 화소 블럭의 부호화 모드를 MODE(i, j)로 하면, 도 1b에 도시한 바와 같이 POS(i, j)의 화소 블럭 주변의 이미 부호화 완료된 화소 블럭(POS(i-1, j-1), POS(i, j-1), POS(i-1, j))의 부호화 모드 MODE(i-1, j), MODE(i-1, j-1), MODE(i, j-1)로부터 MODE(i, j)를 예측할 수 있다. 즉, 부호화 모드로서 A, B, C의 3개의 모드가 있는 경우, MODE(i-1, j), MODE(i-1, j-1), MODE(i, j-1)가 전부 A이면 MODE(i, j)도 A인 확률이 높게 나타난다는 것에 기인한다.
따라서, 전술한 바와 같은 종래 H.261/H.263/MPEG-1/MPEG-2/MPEG-4/H.264 등의 국제 동영상 부호 표준에서는 도 1c에 도시된 바와 같이 동영상 데이터를 인코딩할 때 바로 이전의 프레임을 참조하는 방식을 이용하거나 적용할 수 있으며, 바로 이전의 프레임을 참조하거나 참조할 수 있기 때문에 특정 프레임의 정보가 깨지거나 유실된 경우, 도 1d에 도시된 바와 같이 다음 인트라 프레임이 나올 때까지의 모든 프레임이 손상되므로 화질에 심각한 타격을 주게 되는 문제점이 있다.
도 1d는 종래 일반적인 동영상 참조 프레임의 적용시 에러 파급의 예를 도시한 도면이다.
도 1d에서 도시한 화살표는 각 프레임마다 참조하는 프레임을 나타내고, ×는 에러(Error)가 발생한 프레임을 나타내며, 별표(★)는 에러가 발생한 프레임을 참조함으로써 전위되어지는 에러 성분으로 인하여 손상을 입은 프레임을 나타낸다.
도 1d에 도시된 바와 같이, 에러가 발생한 이후의 프레임은 연속적으로 이전의 프레임을 참조하는 특성으로 인하여 다음의 IDR 프레임이 나올 때까지 에러 발생 상황이 계속적으로 파급되어지는 문제점이 있다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 비트 스트림 형태의 동영상 데이터를 전송하기 위하여 동영상 데이터 프레임을 압축하여 인코딩할 경우, 다중 참조 프레임을 일정 갯수로 제한하고, 인트라 프레임만을 참조하는 프레임을 제외한 나머지 프레임에 대해 연속적인 참조 프레임으로 참조하지 않고, 일정한 배수만큼의 거리를 둔 참조 프레임을 참조하는, 동영상 데이터의 인코딩을 위한 다중 참조 프레임 운영 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 전송할 동영상 데이터에 대하여 인코딩시에 참조할 프레임을 다중으로 참조하는 동영상 데이터의 인코딩을 위한 다중 참조 프레임 운영 방법으로서, 상기 동영상 데이터에 대한 프레임의 인코딩을 시작하는 제1 단계; 상기 동영상 데이터의 프레임이 IDR(Instantaneous Decoding Refresh) 프레임으로 전환되는지를 판단하는 제2 단계; 상기 프레임이 상기 IDR 프레임으로 전환된 경우, 상기 프레임을 롱텀(Long-term) 참조 영상으로 설정하는 제3 단계; 상기 프레임이 상기 IDR 프레임으로 전환되지 않은 경우, 상기 IDR 프레임 및 일정 거리 이상의 참조 프레임을 다중으로 참조할 것인지를 판단하는 제4 단계; 상기 프레임이 상기 IDR 프레임으로 전환되지 않은 경우, 상기 IDR 프레임을 제외한 일정 거리 이상의 참조 프레임을 다중으로 참조하여 인코딩하는 제5 단계; 및 다음번째 프레임을 인코딩하는 제6 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 동영상 데이터의 인코딩을 위한 다중 참조 프레임 운영 방법을 제공한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.
우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
ITU-T H.264, ISO/IEC 14496-10 MPEG4-part 10 Advanced video coding 방식은 블럭 기반의 압축 방식으로 공간 영역의 잉여 정보와 시간 영역의 잉여 정보를 이용한다. 이때, 공간 영역의 잉여 정보를 이용하여 코딩한 블럭을 '인트라 블럭(Intra Block)'이라 하고, 시간 영역과 공간 영역의 잉여 정보를 이용하여 코딩한 블럭을 '인터 블럭(Inter Block)'이라 한다.
일반적인 동영상 데이터의 프레임 구조는 도 2에 나타나 있는 구조로 되어 있다. 일반적으로 8픽셀×8라인의 64픽셀이 하나의 블럭(Block)으로 구성되고, 이러한 블럭의 모임을 매크로 블럭(Macro Block)이라 한다. 도 2에서는 Y1∼Y4의 4개의 데이터 블럭과 Cb 및 Cr의 부가정보 블럭이 하나의 매크로 블럭으로 이루어진 것을 나타낸다. 매크로 블럭을 그룹지어 "Slice"라고 말하고 이것이 하나의 프레임(Frame)을 이룬다. 도 2에서는 11개의 매크로 블럭을 하나의 Slice로 구성하고, 복수의 Slice가 계층적으로 스택(Stack)되어 있는 것을 프레임 구조의 예로 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다중 참조 프레임 운영 방식의 일례를 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 각 영상 프레임의 인코딩시에 참조할 영상 프레임의 경우, 적색 화살표와 같이 Long-term 참조 영상으로 설정된 IDR 프레임을 참조하고, 파란색 화살표와 같이 3번째 앞의 참조 프레임을 참조하며, 연두색 화살표와 같이 2번째 앞의 참조 프레임을 참조함으로써 다중으로 참조한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 동영상 데이터의 인코딩을 위한 다중 참조 프레임 운영 방법을 나타낸 순서도이다.
먼저, 인코더는 동영상 데이터를 전송하기 위하여 동영상 데이터에 대하여 현재 프레임(ft)의 인코딩을 시작한다(S402).
인코더는 현재의 프레임(ft)이 IDR 프레임으로 전환되는가를 판단한다(S404).
인코더는 현재의 프레임(ft)이 IDR 프레임으로 전환되는 경우, IDR 프레임을 Long-term 참조 영상으로 설정한다(S406).
그러나, 인코딩할 현재의 프레임(ft)이 IDR 프레임으로 전환되지 않은 IDR 프레임 내의 인트라 프레임인 경우, 인코더는 IDR 프레임을 참조 프레임으로 사용할지를 판단한다(S408).
IDR 프레임을 참조 프레임으로 참조할 경우, 인코더는 IDR 프레임을 참조하여 현재의 프레임(ft)을 인코딩한다(S410).
한편, 인코더는 IDR 프레임을 참조하지 않을 경우, IDR 프레임을 제외한 일정 거리 이상의 참조 프레임을 참조하여 인코딩을 실행한다(S412).
그리고, 인코더는 순차적으로 다음 프레임(ft+1)을 인코딩한다(S414).
도 5는 다중 참조 프레임을 적용할 경우에 참조 프레임에 에러가 발생할 경우의 에러 파급을 나타낸 도면이다.
도 5a는 IDR 프레임 내의 첫번째 프레임에 에러가 발생할 경우를 나타낸 도면으로서, 적색 화살표와 같이 Long-term인 IDR 프레임을 참조하는 경우에는 에러가 발생하지 않고, 파란 화살표와 같이 3번째 앞의 참조 프레임을 참조하는 경우에도 에러가 발생하지 않으며, 연두 화살표와 같이 2번째 앞의 참조 프레임을 참조할 경우에, 참조하는 프레임이 에러가 있으므로 에러가 발생하게 된다.
따라서, IDR 프레임 내의 첫번째 프레임에 에러가 발생할 경우에 다른 하나의 프레임만 에러가 발생하게 되어, 종래에 연속적인 에러 발생보다는 현저하게 에러 발생을 줄일 수 있게 된다.
도 5b는 IDR 프레임 내의 두번째 프레임에 에러가 발생할 경우를 나타낸 도면으로서, 적색 화살표와 같이 Long-term인 IDR 프레임을 참조하는 경우에는 에러가 발생하지 않고, 파란 화살표와 같이 3번째 앞의 참조 프레임을 참조하는 경우에, 참조하는 프레임에 에러가 발생하였으므로 에러가 발생하였으며, 연두 화살표와 같이 2번째 앞의 참조 프레임을 참조하는 경우에, 처음 에러가 발생한 참조 프레임을 참조하여 발생한 에러 참조 프레임을 참조하였으므로 에러가 발생하게 된다.
도 5c는 IDR 프레임 내의 네번째 프레임에 에러가 발생할 경우를 나타낸 도면으로서, 적색 화살표와 같이 Long-term인 IDR 프레임을 참조하는 경우에는 에러가 발생하지 않고, 연두 화살표와 같이 2번째 앞의 참조 프레임을 참조하는 경우에, 참조하는 프레임에 에러가 발생하였으므로 에러가 발생하였으며, 파란 화살표와 같이 3번째 앞의 참조 프레임을 참조하는 경우에도, 에러 참조 프레임을 참조하 여 발생한 에러 프레임을 참조하였으므로 에러가 발생하게 된다.
즉, 도 5에 도시된 바와 같이, IDR 프레임 내에 에러가 발생한 참조 프레임이 존재하더라도 이후에 인코딩할 프레임은 일정 거리 이상의 참조 프레임을 다중으로 참조하게 되므로 에러 발생을 현격히 줄일 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 비트 스트림 형태의 동영상 데이터를 전송하기 위하여 동영상 데이터 프레임을 압축하여 인코딩할 경우, 다중 참조 프레임을 일정 갯수로 제한하고, 인트라 프레임만을 참조하는 프레임을 제외한 나머지 프레임에 대해 연속적인 참조 프레임으로 참조하지 않고, 일정한 배수만큼의 거리를 둔 참조 프레임을 참조하는, 동영상 데이터의 인코딩을 위한 다중 참조 프레임 운영 방법을 실현할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해 석되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 현재 프레임의 인코딩시 IDR 프레임을 Long-term 참조 프레임으로 설정하여 참조하는 다중 참조 프레임 운영 방식은 에러의 전위로 인하여 생기는 에러 발생을 줄일 수 있으므로 에러에 강인한 비트 스트림을 생성할 수 있다.

Claims (8)

  1. 전송할 동영상 데이터에 대하여 인코딩시에 참조할 프레임을 다중으로 참조하는 동영상 데이터의 인코딩을 위한 다중 참조 프레임 운영 방법으로서,
    상기 동영상 데이터에 대한 프레임의 인코딩을 시작하는 제1 단계;
    상기 동영상 데이터의 프레임이 IDR(Instantaneous Decoding Refresh) 프레임으로 전환되는지를 판단하는 제2 단계;
    상기 프레임이 상기 IDR 프레임으로 전환된 경우, 상기 프레임을 롱텀(Long-term) 참조 영상으로 설정하는 제3 단계;
    상기 프레임이 상기 IDR 프레임으로 전환되지 않은 경우, 상기 IDR 프레임 및 일정 거리 이상의 참조 프레임을 다중으로 참조할 것인지를 판단하는 제4 단계;
    상기 프레임이 상기 IDR 프레임으로 전환되지 않은 경우, 상기 IDR 프레임을 제외한 일정 거리 이상의 참조 프레임을 다중으로 참조하여 인코딩하는 제5 단계; 및
    다음번째 프레임을 인코딩하는 제6 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 동영상 데이터의 인코딩을 위한 다중 참조 프레임 운영 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 IDR 프레임을 참조하는 프레임을 제외한 나머지 프레임에 대해 연속적인 참조 프레임으로 참조하지 않고, 일정한 배수만큼의 거리를 둔 참조 프레임을 참조하는 것을 특징으로 하는 동영상 데이터의 인코딩을 위한 다중 참조 프레임 운영 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 다중 참조 프레임은, 현재 인코딩하는 프레임의 2번째 앞의 참조 프레임을 참조하거나, 현재 인코딩하는 프레임의 3번째 앞의 참조 프레임을 참조하거나, 현재 인코딩하는 프레임의 N번째 앞의 참조 프레임을 참조하는 것을 특징으로 하는 동영상 데이터의 인코딩을 위한 다중 참조 프레임 운영 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 다중 참조 프레임은, 현재 인코딩하는 프레임에 대하여 상기 롱텀 참조 영상을 참조하는 것을 특징으로 하는 동영상 데이터의 인코딩을 위한 다중 참조 프레임 운영 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 IDR 프레임 내의 첫번째 프레임에 에러가 발생시, 상기 IDR 프레임을 상기 롱텀 참조 영상으로 참조하는 경우에는 에러가 발생하지 않고, 현재 인코딩하는 프레임의 3번째 앞의 참조 프레임을 참조하는 경우에도 에러가 발생하지 않으며, 현재 인코딩하는 2번째 앞의 참조 프레임을 참조할 경우에, 참조하는 프레임이 에러가 있으므로 에러가 발생하게 되는 것을 특징으로 하는 동영상 데이터의 인코 딩을 위한 다중 참조 프레임 적용 방법.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 IDR 프레임 내의 두번째 프레임에 에러가 발생할 시, 상기 IDR 프레임을 참조하는 경우에는 에러가 발생하지 않고, 3번째 앞의 참조 프레임을 참조하는 경우에, 참조하는 프레임에 에러가 있어 에러가 발생하며, 2번째 앞의 참조 프레임을 참조하는 경우에, 처음 에러가 발생한 참조 프레임을 참조하여 발생한 에러 참조 프레임을 참조하였으므로 에러가 발생하는 것을 특징으로 하는 동영상 데이터의 인코딩을 위한 다중 참조 프레임 적용 방법.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 IDR 프레임 내의 네번째 프레임에 에러가 발생할 시, 상기 IDR 프레임을 참조하는 경우에는 에러가 발생하지 않고, 2번째 앞의 참조 프레임을 참조하는 경우에, 참조하는 프레임에 에러가 발생하였으므로 에러가 발생하며, 3번째 앞의 참조 프레임을 참조하는 경우에도, 에러 참조 프레임을 참조하여 발생한 에러 프레임을 참조하였으므로 에러가 발생하는 것을 특징으로 하는 동영상 데이터의 인코딩을 위한 다중 참조 프레임 적용 방법.
  8. 비트 스트림 형태의 동영상 데이터를 전송하기 위하여 동영상 데이터의 프레임을 압축하여 인코딩할 때, IDR(Instantaneous Decoding Refresh) 프레임을 롱텀 (Long-term) 참조 프레임으로 설정하고, 상기 IDR 프레임 내의 참조 프레임을 다중으로 참조하는 것을 특징으로 하는 동영상 데이터의 인코딩을 위한 다중 참조 프레임 운영 방법.
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CN107483949A (zh) * 2017-07-26 2017-12-15 千目聚云数码科技（上海）有限公司 增加svac svc实用性的方法及系统

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