KR20070013131A - 영상 부호화시 비트율 제어 방법 및 장치 - Google Patents

영상 부호화시 비트율 제어 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 사용자 선택에 따라 전체화면 중 고화질 영역과 저화질 영역을 설정하고, 고화질 영역의 부호화시 할당 비트율을 저화질 영역보다 높게 설정하고, 이에 따라 비트율을 제어하여 부호화 처리함으로써, 사용자가 원하는 영역의 영상을 고화질로 제공할 수 있다.
비트율 제어, 고화질 영역, 양자화 계수

Description

영상 부호화시 비트율 제어 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS OF CONTROLING BIT RATE IN IMAGE ENCODING}
도 1은 본 발명이 적용되는 화상 통화 장치의 구성을 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔코더의 구성을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 고화질 영역을 설정하는 과정을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화시 비트율 제어 과정을 나타낸 도면,
도 5는 종래의 비트율 제어 과정에 따른 영상 화질의 예를 나타낸 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 설정된 고화질 영역 및 그에 따른 화질 차이를 나타낸 도면.
본 발명은 동영상 압축을 위한 부호화 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 영상을 부호화 및 복호화하여 재구성된 영상 획득시 할당되는 비트율 을 제어하기 위한 동영상 부호화시 비트율 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.
통신 기술이 발전함에 따라 영상 압축 기술 및 멀티미디어 전송 기술 등이 급속도로 진보되고 있다. 이와 함께 디지털 카메라 등과 같은 영상 촬상 장치의 폭넓은 보급으로, 영상 촬상 장치에 대해 외부 디바이스와 연결되어 영상 데이터의 전송이 가능한 기술이 요구되고 있다. 또한, 휴대폰을 이용하여 상대방과 통화를 할 때, 음성 통신뿐만 아니라 상대방의 얼굴을 보면서 화상 통신을 하고자 하는 욕구가 발생하고 있다.
상기와 같은 욕구를 충족시키기 위해MPEG1(Motion Picture Expert Group 1), MPEG2, MPEG4, 및 H.263 등과 같은 영상 압축 기술이 제안되고 있으며, 이러한 영상 압축 기술을 통해 휴대폰을 이용한 화상 통신이 현실화 및 상용화되고 있다.
일반적으로 비디오 신호는 두 종류의 방법으로 압축 처리된다. 한 방법은 인트라프레임 압축(Intra frame compression)이고 다른 방법은 인터프레임 압축(Inter frame compression)이다.
인트라프레임 압축은 하나의 비디오 프레임 내에서 정보를 압축하는 방법이고, 이산 코사인 변환(Discrete Cosine Transform; 이하 "DCT"라고 칭함) 방법은 그의 일종이다. 상기DCT는 2차원 축변환을 통해서 데이터의 상관성을 제거하는데 이를 위해 입력되는 프레임을 블록 단위로 나눈 후 각 블록의 영상을 공간 영역으로부터 주파수 영역으로 변환한다. 이때 변환된 데이터들은 한쪽 방향, 즉 저역(DC)쪽으로 몰리는 경향이 있는데, 이렇게 몰려진 데이터들만을 양자화부에서 양자화함으로써 공간적인 중복성을 제거하는 압축방법이다.
인터프레임 압축은 연속되는 비디오 프레임들 사이의 해당하는 화소 값들의 차분들에 근거하여 이미지를 부호화함으로써 시간적인 중복성을 제거하는 압축방법이다. 시간적으로 연속되는 이미지들은 배경의 변화없이 주로 화면의 중앙 부분에서만 사람이나 물체의 움직임이 있기 때문에 이러한 성질을 이용하여 시간적인 중복성을 제거할 수 있다. 즉, 화면에서 변화가 없거나 있더라도 거의 유사한 부분은 부호화하지 않고 이전의 이미지를 참조함으로써 데이터량을 큰 폭으로 줄일 수 있다. 이러한 방법을 움직임 예측, 또는 추정(Motion Estimation: ME) 기술이라 한다. H.261, MPEG(Moving Picture Experts Group)-1, MPEG-2, H.263 뿐만 아니라 MPEG-4등 거의 모든 이미지 부호화 표준들에서 인터프레임 압축방법으로 움직임 추정(ME) 기술이 사용되고 있다.
휴대폰, PDA등 휴대용 단말기를 비롯하여, 저 비트 율(Low bit-rate) 환경과 시간에 따라 유동적 크기를 보이는 대역폭의 채널에서의 동영상 서비스에 대한 수요가 늘고 있다. 동영상은 기존의 다른 데이터들과는 달리 차지하는 용량이 많고 많은 메모리를 필요로 하기 때문에 전 세계적으로 지정해 놓은 표준에 따라 압축을 하여 전송된다.
여기서 대역폭이나 유동적인 채널 환경에 맞추어 적응적으로 부호화 할 수 있게 하는 역할은 영상의 비트 율 제어 기술(rate control technique)과 관련이 있다.
일반적으로 비트 율 제어는 일정한 프레임 율(frame rate)의 가정하에서 매크로 블록(macro block: MB)을 처리(processing)하는데 초점을 맞추고 있다. 그러 나 상기 저 비트 율 환경에서는 사용 가능한 비트가 제약되기 때문에 일정한 프레임 율의 가정이 영상 압축 기술에 적절하지 않을 수있다.
또한 영상의 부호화/복호화 기술은 영상의 화질을 평가하는 데는 PSNR(Peak Signal Noise Rate) 같은 수치적인 비교치가 필요하기도 하지만 사용자 측에서 육안으로 주관적으로 판단하는 것도 고려해야 한다. 따라서 고정된 프레임 율의 부호화 과정에서 나타나는 영상의 블럭화 현상이나 깜빡거림 등의 현상을 개선할 수 있도록 비트율 제어를 할 수 있는보다 향상된 영상의 비트 율 제어가 요구된다.
세계적 동영상 표준으로 제정되어 있는 MPEG-4나 H.263 영상 코덱(CODEC)을 보면 양자화(quantization) 후에 부호화 코딩(Entropy coding)을 통하여 동영상 프레임들을 부호화 하기 때문에, 엔코딩된 비트 스트림은 일정하지 않은 크기를 갖게 되며, 유무선 통신 채널은 가변 크기의 비트율을 갖는 신호를 입력으로 받아들이게 되는데, 이때 비트율 제어는 엔코더, 디코더, 및 통신 채널 사이에 버퍼를 통하여 일정한 크기로 정의된 비트 사이즈를 능가하는 오버 플로우(overflow)를 방지하는 비트 스트림을 만들어 내도록 적절한 엔코더 매개 변수, 즉, 적절한 양자화 계수를 선택하게 하는 역할을 한다. 그 과정은 다음과 같다.
먼저 초당 할당되는 비트와 초당 프레임 수를 이용하여 1초에 발생하는 각 프레임에 할당되는 비트를 구한다. 초당 할당되는 비트에서 I-프레임(Intra-frame)에 할당되는 비트를 제외하고, 나머지 비트를 1초 내에 발생하는 나머지 다수의 P-프레임(Predictive-pictuer)에 균일하게 분할하여 할당한다. 그리고 하나의 P-프레임을 구성하는 다수의 매크로 블록에 상기 하나의 P-프레임에 할당된 비트를 균일 하게 분할하여 할당한다. 이후 하나의 매크로 블록에 할당된 비트와 해당 매크로 블록에서 실제로 발생한 비트를 비교하여 할당된 비트가 실제로 발생한 비트보다 크면 양자화 계수를 감소시키고, 할당된 비트가 실제로 발생한 비트보다 작으면 양자화 계수를 증가시킨다. 이때, 기준이 되는 기본 양자화 계수는 이미 부호화 처리한 주변 매크로 블록의 양자화 계수이다. 이렇게 결정된 양자화 계수를 이용해 해당 이산 코사인 변환한 매크로 블록의DCT 계수를 양자화하여, 부호화 처리한다. 그런데 상기한 일반적인 과정에 따라 양자화 계수를 결정하는 비트율 제어 과정은 화질을 고려하지 않고 할당된 비트율에 맞추는 것을 목적으로 하기 때문에 화질이 시간적으로나 공간적으로 고르지 못하게 된다. 즉, 한 화면의 일부는 고화질이고 다른 부분은 저화질일 수 있으며, 혹은 한 화면 고화질이지만 다른 화면은 저화질일 수 있다. 또한, 전체 화면의 평균적으로 비트가 할당되기 때문에 화상 통화자가 원하는 영역, 예를 들어, 화상 통화자의 얼굴 부분과 다른 배경 부분이 차등 없이 부호화 처리되어, 도5와 같이 전체적으로 저화질의 영상을 얻게 된다. 상기 도5는 종래의 비트율 제어 과정에 따른 영상 화질의 예를 나타낸 도면이다. 도5에 도시된 바와 같이 종래의 비트율 제어과정에 따르면, 제1화면(401)과 같은 영상이 제2화면(403)과 같이전체적으로 선명하지 않은 영상으로 처리된다. 이에 따라, 사용자가 원하는 영역은 고화질로 처리될 수 있는 새로운 비트율 제어 과정이 필요하다.
본 발명은, 영상 부호화 처리시 개선된 비트율 제어 방법 및 장치를 제공하 는데 그 목적이 있다.
본 발명은, 영상 부호화시 영상의 일부 영역을 고화질로 처리할 수 있는 비트율 제어 방법 및 장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명은, 영상 부호화시 사용자의 설정에 따라 영상의 일부 영역을 다른 영역에 비해 고화질로 처리할 수 있는 비트율 제어 방법 및 장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명은, 영상 부호화시 사용자 설정에 따라 영상의 일부 영역에 할당 비트를 증가시키고 다른 영역의 할당 비트를 감소 시켜, 다른 영역의 화질을 낮추고 일부 영역의 고화질을 유지할 수 있는 비트율 제어 방법 및 장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 영상 부호화시 비트율 제어 방법에 있어서, 전체 화면을 고화질 영역과 저화질 영역으로 구분하여, 고화질 영역에 저화질 영역보다 많은 비트를 할당하는 과정과, 현재 부호화 처리할 영역이 상기 고화질 영역에 포함되면, 상기 현재 부호화 처리할 영역에 할당된 비트와 실제 발생 비트의 비교치와, 이전 부호화 처리된 프레임의 대응 영역의 양자화 계수에 따라 결정되는 일반 양자화 계수를 이용하여 부호화처리를 수행하는 과정과, 상기 현재 부호화 처리할 영역이, 상기 저화질 영역에 포함되고 상기 고화질 영역과 인접한 영역이면 이전 부호화 처리된 프레임의 고화질 영역의 양자화 계수를 기준으로 미 리 설정된 최대 양자화 계수와 상기 일반 양자화 계수를 비교하여, 최종 양자화 계수를 결정하고, 상기 고화질 영역과 인접한 영역이 아니면 동일 프레임 내에 이미 부호화 처리된 영역의 양자화 계수를 참조하여 양자화 계수를 결정하여 부호화 처리를 수행하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
먼저, 도1을 참조하여 본 발명이 적용되는 비트율 제어 장치를 구비하는 화상 통신 장치의 구성을 설명한다. 도1은 본 발명이 적용되는 화상 통화 장치의 구성을 나타낸 도면이다. 도1을 참조하여, 화상 통화 장치는 제어부(10), 키입력부(20), 카메라부(30), 영상 처리부(40), 송수신부(50)를 포함하여 이루어진다.
상기 제어부(10)는 화상 통화 장치의 전반적인 동작을 제어하며, 상기 키입력부(20)에 입력되는 키 입력 데이터를 상기 영상 처리부(40)로 출력한다. 상기 키입력부(20)는 0 ~ 9의 숫자 키들과, *, #키와, 방향키와, 이동 통신 단말이 구비하는 여러 가지 기능에 대응되게 메뉴(menu), 선택, 통화, 지움, 전원/종료, 볼륨(volume) 등 다수 기능 키들을 구비하며 사용자가 누르는 키에 대응하는 키 입력 데이터를 제어부(10)에 제공한다. 상기 송수신부(50)는 상기 제어부(10)의 제어하 에 화상 통화를 위한 데이터를 송수신 한다. 상기 카메라부(30)는 상기 제어부(10)의 제어 하에 이미지 센서에 의해 얻어지는 영상 신호를 출력한다. 상기 영상 처리부(40)는 상기카메라부(30)에서 입력되는 영상 신호 또는 송수신부(50)를 통해 수신되는 영상 데이터를 부호화 또는 복호화 처리하여 영상으로 제공한다.
이와 같이 이루어지는 화상 통화 장치는 화상 통화시 카메라부(30)를 통해 입력되는 영상 신호를 영상처리부(40)를 통해 부호화 처리하여 영상 데이터로 변환하여 송수신부(50)를 통해 통화 상대자의 화상 통화 장치로 전송하고, 상기 통화 상대자의 화상 통화 장치로부터 수신되는 영상 데이터를 상기 영상 처리부(40)를 통해 복호화 처리하여 영상으로 출력한다.
상기 영상 처리부(40)는 본 발명의 일 실시예에 따라 엔코더(41)와 고화질 영역 설정/판단부(43)와, 디코더(45)를 포함하여 이루어진다. 상기 엔코더(41)는 상기 카메라부(30)에 의해 획득된 영상 신호를 상기 고화질 영역 설정/판단부(43)의 비트율 제어에 따라 부호화 처리하여 영상 데이터로 변환한다. 상기 디코더(45)는 수신한 영상 데이터를 복호화 처리하여 영상으로 변환하고, 상기 고화질 영역 설정/판단부(45)의 제어하에 변환된 영상을 적정 확대하여 디스플레이 장치(미도시 함.)로 출력한다.
본 발명의 일 실시예에 따라 상기 고화질 영역 설정/판단부(43)는 사용자 조작에 대응하여 상기 제어부(10)를 통해입력되는 키 입력 데이터에 따라 영상의 고화질 영역과 저화질 영역을 설정한다. 상기 고화질 영역이란 다른 영역에 비해 상대적으로 높은 화질로 부호화 처리되는 영역으로서, 사용자의 선택에 따라 디스플 레이 화면의 일정 영역이 지정되어 설정되는 영역이다. 상기 저화질 영역이란 전체 디스플레이 화면에서 상기 고화질 영역을 제외한 나머지 영역이다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 고화질 영역의 설정은 사용자의 키 조작에 대응하여 이루어 질 수 있으며, 이때, 영역을 분할하는 기본 단위는 매크로 블록이 될 수 있다. 그리고 상기 고화질 영역 설정/판단부(43)는 사용자 요구에 따라 고화질 영역과 저화질 영역에 할당될 비트율을 조정하며, 상기 할당된 비트율에 따라 영상 신호의 부호화 처리시 비트율을 제어한다.
본 발명의 일 실시예에 따라 상기 고화질 영역의 설정과 상기 고화질 영역의 화질 설정은 다음과 같이 이루어질 수 있다. 사용자로부터 화질 조정 설정 요구가 있으면, 상기 고화질 영역 설정/판단부(43)는 제어부(10)와 연동하여, 전체화면 제공 모드 및 선택화면 제공 모드 설정 메뉴를 제공한다. 상기 전체 화면 제공 모드는 본 발명의 일 실시예에 따라 디스플레이 가능한 전체 화면 중사용자에 의해 구분된 고화질 영역과 저화질 영역 모두를 부호화 처리하여 영상 데이터로 변환하는 모드이이다. 상기 선택화면 제공 모드는 본 발명의 일 실시예에 따라 디스플레이 가능한 전체 화면 중사용자에 의해 선택된 고화질 영역만을 부호화 처리하여 영상 데이터로 변환하고, 저화질 영역은 부호화 처리시 스킵하여 생략시키는 모드이다.
사용자에 의해 상기 전체화면 제공 모드가 선택되면, 상기 고화질 영역 설정/판단부(43)는 제어부(10)와 연동하여 고화질 영역 설정 기본화면을 제공한다. 상기 고화질 영역 설정 기본 화면은 디스플레이 가능한 전체화면과, 상기 전체화면 상에서 사용자의 키 조작에 대응하여 크기와 위치가 조정되는 영역 설정 스퀘어를 포함한다. 사용자는 상기 영역 설정 스퀘어를 확인하며 키 조작을 통해 고화질 영역을 조정한다. 이때, 상기 영역 설정 스퀘어는 매크로 블록을 최소 단위로 한다. 상기 고화질 영역 설정/판단부(43)는 사용자의 키 조작에 따라 상기 영역 설정 스퀘어가 위치하는 영역을 고화질 영역으로 설정한다. 이후, 사용자는 고화질 영역의 화질 설정 요구와 함께 화질을 조정하는 키조작, 예를 들어, 업/다운키를 조작한다. 고화질 영역 설정/판단부(43)는 입력되는 키 입력 데이터에 대응하여, 키 입력데이터가 입력되면 부호화시 고화질 영역에 할당될 비트율을 증가 또는 감소시키고, 상기 고화질 영역의 할당 비트율을 증가시킨 만큼 저화질 영역에 할당될 비트율을 감소 시키고, 상기 고화질 영역의 할당 비트율을 감소시킨 만큼 저화질 영역의 할당 비트율을 증가시킴으로써 각 영역의 화질을 설정한다. 이때, 고화질 영역 설정/판단부(43)는 상기 고화질 영역 설정 기본 화면의 화질을 사용자 키입력에 대응하여 실질적으로 변화하여 디스플레이함으로써, 사용자가 가시적으로 설정 화질을 확인할 수 있도록 할 수도있다.
한편, 사용자에 의해 상기 선택화면 제공모드 설정 메뉴가 선택되면, 상기 고화질 영역 설정/판단부(43)는 사용자에 의해 선택 가능한 포맷화된 고화질 영역을 제공하고, 사용자에 의해 선택된 고화질 영역에 부호화시 할당 가능한 비트가 집중 할당 되도록 설정한다. 즉, 저화질 영역에는 실질적으로 0비트가 할당되게 설정함으로써, 부호화시 해당 영역을 스킵 처리하도록 하는 것이다. 이에 따라, 상기 고화질 영역 설정/판단부(43)는 상기 디코더(45)가 복호한 영상의 크기가 상기 화상 통화 장치에서 디스플레이 가능한 영상의 크기보다 작으면, 해당 영상을 왜곡되 지 않을 적정 비율로 확대하여 디스플레이한다.
그리고 고화질 영역 설정/판단부(43)는 상기와 같이 설정된 고화질 영역의 할당 비트율과 저화질 영역의 할당 비트율을 엔코더(41)에 포함되는 비트율 제어부(210)로 출력한다.
이러한, 고화질 영역 설정/판단부(43)의 동작 과정을 도3에 도시하였다. 도3은 본 발명의 일 실시예에 따라 고화질 영역을 설정하는 과정을 나타낸 도면이다. 도3을 참조하여, 고화질 영역 설정/판단부(43)는 301단계에서 사용자 화질 조정 설정 요구가 있으면 303단계로 진행한다. 303단계에서 고화질 영역 설정/판단부(43)는 전체화면 제공 모드 및 선택화면 제공 모드 설정 메뉴를 디스플레이하고 305단계로 진행한다. 305단계에서 고화질 영역 설정/판단부(43)는 사용자의 선택이 전체 화면 제공 모드 설정 메뉴 선택이면 307단계로 진행하고, 사용자의 선택이 선택화면 제공 모드 설정 메뉴 선택이면 319단계로 진행한다. 307단계에서 고화질 영역 설정/판단부(43)는 고화질 영역 설정 기본 화면을 제공하고 309단계로 진행한다. 309단계에서 고화질 영역 설정/판단부(43)는 사용자로부터 고화질 영역 설정 요구가 있으면 311단계로 진행한다. 311단계에서 고화질 영역 설정/판단부(43)는 사용자 키입력에 따라 매크로 블록 단위로 고화질 영역 및 저화질 영역을 설정하고 313단계로 진행한다. 313단계에서 고화질 영역 설정/판단부(43)는 사용자로부터 고화질 영역 화질 설정 요구가 있으면 315단계로 진행하고, 사용자로부터 고화질 영역의 화질 설정 요구가 없으면 317단계로 진행한다. 315단계에서 고화질 영역 설정/판단부(43)는 사용자 키입력에 따라 고화질 영역과 저화질 영역에 할당된 비트율을 조정하여 설정하고 동작 과정을 종료한다. 한편, 317단계에서 고화질 영역 설정/판단부(43)는 상기 313단계에서 사용자로부터 별도의 화질 설정 요구가 없었기 때문에 미리 저장된 디폴트 값에 따라 고화질 영역과 저화질 영역에 할당될 비트율을 조정 설정하고 동작 과정을 종료한다.
다른 한편, 상기 305단계에서 사용자가 선택화면 제공 모드 설정 메뉴를 선택하면, 319단계에서 고화질 영역 설정/판단부(43)는 사용자 선택 가능한 고화질 영역 제공하고321단계로 진행한다. 이때 상기 선택 가능한 고화질 영역은 다수개의 정해진 크기의 포맷일 수도 있고, 전체화면 중 사용자가 선택 가능한 범위를 표시함으로써, 나타내어질 수 있다. 321단계에서 고화질 영역 설정/판단부(43)는 사용자 선택에 따른 고화질 영역에 할당 가능한 비트의 집중 할당을 설정하고 동작 과정을 종료한다.
상기한 과정으로 설정된 고화질 영역과 저화질 영역에 대한 부호화 처리 과정을 도2와 도4를 참조하여 설명한다. 우선, 도2 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 엔코더(41)의 구성과, 상기한 고화질 영역 설정/판단부(43)의 부호화 처리시 동작 과정을 설명한다. 도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔코더의 구성을 나타낸 도면이다. 도2를 참조하여, 엔코더(41)는 코딩제어부(110), 스위칭부(120), 감산부(130), DCT부(140), 양자화부(150), 가변길이부호화부(160), 역양자화부(170), 역DCT부(180), 움직임추정부(190), 및 비트율제어부(210)를 갖는다.
코딩제어부(110)는 코딩 대상을 결정하고 결정된 신호를 출력하도록 하는 제어신호를 출력한다. 스위칭부(120)는 코딩제어부(110)의 제어에 따라 입력되는 신 호들 중 출력하기 위한 신호를 선택하여 출력한다. 감산부(130)는 입력되는 소스 영상과 움직임추정부(190)로부터 입력되는 영상을 감산 연산하여 스위칭부(120)로 출력한다.
DCT부(140)는 스위칭부(120)에서 선택 출력되는 영상을 이산코사인 변환하고 DCT 계수들을 발생한다. 양자화부(150)는 DCT부(140)에서 발생된 DCT 계수들을 양자화한다. 양자화된 DCT 계수들은 지그재그형으로 스캐닝되어 가변길이 부호화부(Variable Length Coder)(160)로 입력된다.
가변길이부호화부(160)는 스캐닝된 양자화된 DCT 계수들을 가변길이 부호화된 데이터로 변환하고, 도시되지 않은 비트열 발생부를 통해 부호화된 연속적인 비트 스트림(Bit Stream)으로 출력한다.
한편, 양자화부(150)의 출력은 또한 역양자화부(170)로도 입력된다. 역양자화부(170)는 양자화된 DCT계수들을 역양자화하여 역DCT부(180)로 출력한다. 역양자화부(170)로부터 출력되는 DCT 계수들은 역 DCT부(Inverse Discrete Cosine Transform: IDCT)(180)에서 역 이산 코사인 변환된다.
움직임추정부(190)는 역DCT부(180)에서 역 이산 코사인 변환된 영상과 감산부(130) 전단에서 입력되는 영상의 차를 통해 두 영상 간의 변화된 영상 즉 움직임 영상을 추정한다. 이때, 움직임추정부(190)는 움직임 추정을 위해 두 영상 간의 차에 대한 절대값의 합인 SAD(Sum of Absolute Difference)를 산출하여 이를 기초로 움직임을 추정한다. 움직임추정부(190)는 움직임 추정 결과를 감산부(130)로 출력하고, 가산부(130)는 외부로부터 입력되는 영상과 움직임추정부(190)로부터 입력되 는 영상의 차를 산출하여 스위칭부(120)로 출력한다. 또한, 움직임추정부(190)는 움직임 추정을 위해 산출한 두 영상간 SAD정보를 비트율제어부(210)로 출력한다.
비트율제어부(210)는 고하질 영역 설정/판단부(45)의 제어하에 목표 전송 비트율을 맞추기 위하여 양자화부(150)에서 양자화에 사용될 양자화 계수를 결정하여 비트 비트율을 조절하며, 본 발명의 일 실시예에 따라 고화질 영역 비트율 제어기(211)와 저화질 영역 비트율 제어기(213)를 포함한다. 상기 고화질 영역 비트율 제어기(211)는 상기 고화질 영역의 부호화 처리시 사용될 양자화 계수를 결정하며, 양자화 계수 결정과정은 통상적인 부호화 처리시 양자화 계수 결정 과정과 유사하다. 상기 저화질 영역 비트율 제어기(213)는 상기 저화질 영역의 부호화 처리시 사용될 양자화 계수를 결정한다. 상기 저화질 영역 비트율 제어기(213)의 양자화 계수 결정 과정은 다음과 같다.
상기 저화질 영역 비트율 제어기(213)는 먼저 처리할 매크로 블록에 대해 이전 처리된 프레임의 고화질 영역에 포함되는 매크로 블록, 특히, 저화질 영역에 포함되는 매크로 블록과 바로 인접한 매크로 블록의 양자화 계수를 기준으로 최대 양자화 계수를 설정한다. 이는 통상적인 양자화 계수 결정시 양자화 계수를 이미 부호화 처리된 이웃한 매크로 블록의 양자화 계수의 +, -2 범위 내에서 결정하기 때문이다. 즉, 임의의 저화질 영역의 매크로 블록의 양자화 계수가 일정 수치 이상으로 크게 결정되면, 이웃한 고화질 영역의 매크로 블록에 많은 비트가 할당되어 있다 하여도, 실제 양자화 계수는 상기 임의의 저화질 영역의 매크로 블록의 양자화 계수의 영향을 받아 크게 결정될 수밖에 없다. 따라서 고화질 영역에 많은 비트를 할당한 의미가 없어진다. 때문에, 저화질 영역 비트율 제어기(213)는 본 발명의 일 실시예에 따라 이전 처리된 프레임의 고화질 영역에 포함되는 매크로 블록, 특히, 저화질 영역에 포함되는 매크로 블록과 바로 인접한 매크로 블록의 양자화 계수를 기준으로 최대 양자화 계수를 설정한다.
이후, 저화질 영역 비트율 제어기(213)는 현재 처리할 매크로 블록의 일반 양자화 계수, 즉, 통상적인 과정에 의해 상기 도3의 과정에 따라 미리 설정된 할당 비트와 실제 발생 비트의 비교치와, 이전 프레임의 부호화 처리시 대응 매크로 블록의 양자화 계수 등을 고려하여 결정되는 양자화 계수가 상기 최대 양자화 계수보다 작으면, 상기 일반 양자화 계수를 이용하여 해당 매크로 블록을 부호화 처리한다. 만약, 상기 일반 양자화 계수가 상기 최대 양자화 계수보다 크면, 저화질 영역 비트율 제어기(213)는 상기 최대 양자화 계수를 이용하여 해당 매크로 블록을 부호화 처리한다. 이때, 상기 저화질 영역 비트율 제어기(213)는 상기 해당 매크로 블록을 DCT 변환 후 상기일반 양자화 계수를 통해 부호화하는 경우 상실되는 고주파 영역은 제외하고, 나머지 영역에 한해서 상기 최대 양자화 계수를 이용하여 부호화처리를 한다.
본 발명의 일 실시예에 따라 상기 고화질 영역 설정/판단부(45)는 상기 도3의 과정에 따라 미리 설정된 고화질 영역과 저화질 영역을 파악하고, 전체화면 제공 모드가 설정된 상태인지 선택화면 제공 모드가 설정된 상태인지 파악한다. 그리고 상기 움직임 추정부(190)를 통해 현재 처리할 매크로 블록이 고하질 영역에 속하는지, 저화질 영역에 속하는지 판단한다. 고화질 영역 설정/판단무(45)는 현재처 리할 매크로 블록이 고화질 영역에 속하면 고화질 영역 비트율 제어기(211)를 통해 양자화 계수를 결정하도록 상기 비트율 제어부(210)를 제어한다. 그리고 현재 부호화 처리할 매크로 블록이 저화질 영역에 속하면 미리 설정된 상기 제공 모드에 따라 저화질 영역 비트율 제어기(213)를 통해 양자화 계수를 결정하도록 비트율 제어부(210)를 제어하거나, 부호화 처리를 스킵 하도록 제어한다.
상기한 본 발명의 실시예에 따른 비트율 제어 과정을 도4에 도시하였다. 도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화시 비트율 제어 과정을 나타낸 도면이다.
도4를 참조하여, 고화질 영역 설정/판단부(45)는 움직임 추정부(190)가 351단계에서 개체 움직임 측정에 따른 움직임 벡터를 산출하면 353단계로 진행한다. 353단계에서 고화질 영역 설정/판단부(45)는 움직임 벡터를 이용하여 미리 설정된 고화질 영역 및 저하질 영역을 파악하고 355단계로 진행한다. 355단계에서 고화질 영역 설정/판단부(45)는 현재 처리할 매크로 블록이 고화질 영역에 속하는지 판단하여, 고화질 영역에 속하면 359단계로 진행하고, 저화질 영역에 속하면 357단계로 진행한다. 359단계에서 고화질 영역 설정/판단부(45)는 상기 고화질 영역 비트율 제어기(211)를 통해 할당 비트와 실제 발생 비트, 이전 프레임의 해당 매크로 블록의 양자화 계수에 따라 양자와 계수를 결정하여 부호화 처리를 하여 현재 매크로 블록에 대한 부호화 처리를 완료한다.
한편, 357단계에서 고화질 영역 설정/판단부(45)는 전체화면 제공 모드가 설정되어 있는지 확인하여, 전체화면 제공 모드가 설정되어 있으면 361단계로 진행하 고, 선택 화면 제공 모드가 설정되어 있으면 363단계로 진행한다. 363단계에서 고화질 영역 설정/판단부(45)는 현재 처리할 매크로 블록이 저화질 영역의 매크로 블록이며, 선택 화면 제공 모드가 설정되어 있기 때문에, 해당 매크로 블록을 부호화 처리하지 않고 스킵 한다. 이는 현재 처리할 매크로 블록에 할당된 비트가 없기 때문에, 실질적으로 부호화 처리도 불가능하기 때문이다.
한편, 상기 단계 수행 결과, 현재 처리할 매크로 블록이 저화질 영역에 속하며, 전체화면 제공 모드 설정 상태인 경우 고화질 영역 설정/판단부(45)는 361단계에서 현재 처리할 매크로 블록이 고화질 영역과 이웃한 위치에 있는지 확인하여, 이웃한 위치에 있으면365단계로 진행하고, 이웃한 위치에 있지 않으면 367단계로 진행한다. 367단계에서 고화질 영역 설정/판단부(45)는 상기 저화질 영역 비트율 제어기(213)를 통해이전 처리한 주변 매크로 블록의 양자화 계수를 참조하여 현재 처리할 매크로 블록의 양자화 계수를 설정하여 해당 매크로 블록의 부호화 처리를 완료한다.
한편, 365단계에서 고화질 영역 설정/판단부(45)는 현재 처리할 매크로 블록의 일반 양자화 계수가, 이전 치리된 프레임의 고화질 영역의 매크로 블록의 양자화 계수를 기준으로 설정된 최대 양자화 계수보다 작은지 확인하여, 상기 일반 양자화 계수가 최대 양자화 계수보다 작으면 371단계로 진행하고, 상기 일반 양자화 계수가 최대 양자화 계수보다 크면 369단계로 진행한다. 371단계에서 고화질 영역 설정/판단부(45)는 실제 양자화 계수를 이용하여 해당 매크로 블록의 부호화 처리를 완료한다. 369단계에서 고화질 영역 설정/판단부(45)는 해당 매크로 블록의 DCT 변환 후 일반양자화 계수를 통해 부호화시 상실될 고주파 영역을 제외한 나머지 영역을 최대 양자화 계수를 이용하여 부호화 처리한다.
상기와 같은 과정으로 비트율을 제어하여 디스플레이 되는 영상을 도6에 도시하였다. 도6은 본 발명의 일 실시예에 따라 설정된 고화질 영역 및 그에 따른 화질 차이를 나타낸 도면이다. 도6의 제3화면(411)은 전체실영상이고, 제4화면(413)은 전체 영상을 매크로 블록으로 구분한 상태에서 분할된 고화질 영역과 저화질 영역을 나타낸 것이다. 제5화면(415)은 고화질 영역과 저화질 영역으로 구분하여 부호화 처리하 후 디스플레이되는 영상을 나타낸 화면으로, 고화질 영역은 선명하게 디스플레이되고, 저화질 영역은 상대적으로 불투명한 느낌으로 디스플레이됨을 알 수 있다.
상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위의 균등한 것에 의해 정해 져야 한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 사용자 선택에 따라 전체화면 중 고화질 영역과 저화질 영역을 설정하고, 고화질 영역의 부호화시 할당 비트율을 저화질 영역보다 높게 설정하고, 이에 따라 비트율을 제어하여 부호화 처리함으로써, 사용자가 원하는 영역의 영상을 고화질로 제공할 수 있다.

Claims (6)

  1. 영상 부호화시 비트율 제어 방법에 있어서,
    전체 화면을 고화질 영역과 저화질 영역으로 구분하여, 고화질 영역에 저화질 영역보다 많은 비트를 할당하는 과정과,
    현재 부호화 처리할 영역이 상기 고화질 영역에 포함되면, 상기 현재 부호화 처리할 영역에 할당된 비트와 실제 발생 비트의 비교치와, 이전 부호화 처리된 프레임의 대응 영역의 양자화 계수에 따라 결정되는 일반 양자화 계수를 이용하여 부호화처리를 수행하는 과정과,
    상기 현재 부호화 처리할 영역이, 상기 저화질 영역에 포함되고 상기 고화질 영역과 인접한 영역이면 이전 부호화 처리된 프레임의 고화질 영역의 양자화 계수를 기준으로 미리 설정된 최대 양자화 계수와 상기 일반 양자화 계수를 비교하여, 최종 양자화 계수를 결정하고, 상기 고화질 영역과 인접한 영역이 아니면 동일 프레임 내에 이미 부호화 처리된 영역의 양자화 계수를 참조하여 양자화 계수를 결정하여 부호화 처리를 수행하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 비트율 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전체 화면을 고화질 영역과 저화질 영역으로 구분하여, 고화질 영역에 저화질 영역보다 많은 비트를 할당하는 과정은
    사용자 선택에 따라 상기 고화질 영역과 상기 저화질 영역을 구분하는 단계와,
    사용자 선택에 따라 상기 고화질 영역과 상기 저화질 영역의 할당 비트 비율을 설정하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 비트율 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 현재 부호화 처리할 영역이 상기 저화질 영역에 포함시 부호화 처리과정은
    상기 일반 양자화 계수와 상기 최대 양자화 계수를 비교하는 단계와,
    상기 일반 양자화 계수가 상기 최대 양자화 계수보다 크면 상기 최대 양자화 계수를 이용하여 부호화 처리를 수행하는 단계와,
    상기 일반 양자화 계수가 상기 최대 양자화 계수보다 작으면 상기 일반 양자화 계수를 이용하여 부호화 처리를 수행하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 부호화 처리 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 일반 양자화 계수가 상기 최대 양자화 계수보다 크면 상기 최대 양자화 계수를 이용하여 부호화 처리를 수행하는 단계는, 상기 부호화 처리할 영역을 이산 코사인 변환한 후 상기 일반 양자화 계수로 부호화 처리할 경우 상실되는 고주파 영역을 제외한 나머지 영역을 상기 최대 양자화 계수를 이용하 여 부호화 처리하는 것임을 특징으로 하는 부호화 처리 방법.
  5. 영상 부호화시 비트율 제어 방법에 있어서,
    전체 화면을 고화질 영역과 저화질 영역으로 구분하여, 고화질 영역에 할당 가능한 모든 비트를 할당하는 과정과,
    현재 부호화 처리할 영역이 상기 고화질 영역에 포함되면, 상기 현재 부호화 처리할 영역에 할당된 비트와 실제 발생 비트의 비교치와, 이전 부호화 처리된 프레임의 대응 영역의 양자화 계수에 따라 결정되는 일반 양자화 계수를 이용하여 부호화처리를 수행하는 과정과,
    상기 현재 부호화 처리할 영역이, 상기 저화질 영역에 포함되면 해당 영역을 스킵(skip)하여 부호화 처리 과정을 수행하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 비트율 제어 방법.
  6. 영상 부호화시 비트율 제어 장치에 있어서,
    전체 화면을 고화질 영역과 저화질 영역으로 구분하여, 고화질 영역에 저화질 영역보다 많은 비트를 할당하고, 현재 부호화 처리할 영역이 포함되는 영역을 파악하여 비트율 제어부를 제어하는 고화질 영역 설정/판단부와,
    상기 고화질 영역 설정/판단부의 제어에 따라 현재 부호화 처리할 영역에 할 당된 비트와 실제 발생 비트의 비교치와, 이전 부호화 처리된 프레임의 대응 영역의 양자화 계수에 따라 일반 양자화 계수를 결정하는 고화질 영역 비트율 제어기와, 상기 현재 부호화 처리할 영역이, 상기 저화질 영역에 포함되고 상기 고화질 영역에 인접하면 이전 부호화 처리된 프레임의 고화질 영역의 양자화 계수를 기준으로 미리 설정된 최대 양자화 계수와 상기 일반 양자화 계수를 비교하여, 최종 양자화 계수를 결정하고, 상기 고화질 영역과 인접한 영역이 아니면 동일 프레임 내에 이미 부호화 처리된 영역의 양자화 계수를 참조하여 양자화 계수를 결정하는 저화질 영역 비트율 제어기를 포함하는 상기 비트율 제어부를 포함함을 특징으로 하는 비트율 제어 장치.
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