KR20070053402A - Method for compensating motion of video compression system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 영상 압축 시스템의 움직임 보상 방법에 관한 것으로, 이를 위하여 본 발명은, 영상 압축 시스템에서 종, 횡간 움직임에 따른 움직임 벡터를 이용하여 평면적인 움직임만을 보상하는 종래 방법과는 달리, 입력되는 영상 신호로부터 현재 프레임 매크로블록의 확대 및 축소 이미지 데이터를 추출하고, 추출된 확대, 축소 이미지를 이전, 이후 프레임의 영상과 비교한 후에, 추출된 확대, 축소 이미지에 대해 가장 유사한 이전, 이후 프레임 영상과의 종, 횡간 거리 정보 및 확대, 축소된 정도에 관한 정보가 포함된 움직임 벡터 및 가중치를 계산하고, 이러한 움직임 벡터와 및 가중치를 역연산하며, 현재 프레임의 매크로블록과 역연산된 차이를 계산하여 움직임 보상을 수행함으로써, 영상 압축 시스템에서 평면적인 움직임 보상외에도 입체적인 움직임에 대한 보상까지 수행할 수 있는 것이다.The present invention relates to a motion compensation method of an image compression system. To this end, unlike the conventional method of compensating only planar motion by using motion vectors according to longitudinal and transverse motions in an image compression system, an input image After extracting the magnified and reduced image data of the current frame macroblock from the signal, and comparing the extracted enlarged and reduced image with the image of the previous and subsequent frames, Compute the motion vectors and weights that contain the information about the length, width, and extent of the expansion, reduction, and inverse of the motion vectors and weights, and calculate the inverse difference with the macroblock of the current frame. By performing motion compensation, in addition to the planar motion compensation in the image compression system, That will be done to compensate for the jikim.
영상 압축 시스템, 움직임 보상, 움직임 벡터, 매크로블록 Image compression system, motion compensation, motion vector, macroblock
Description
도 1은 본 발명에 따라 입체적인 움직임을 보상하는데 적합한 영상 압축 시스템의 블록구성도,1 is a block diagram of an image compression system suitable for compensating three-dimensional motion according to the present invention;
도 2는 본 발명에 따라 영상 압축 시스템에서 입체적인 움직임을 보상하는 과정을 도시한 플로우차트,2 is a flowchart illustrating a process of compensating three-dimensional motion in an image compression system according to the present invention;
도 3은 본 발명에 따라 매크로블록의 확대, 축소 이미지를 예시한 도면,3 is a view illustrating an enlarged and reduced image of a macroblock according to the present invention;
도 4는 본 발명에 따라 확대, 축소 이미지에 대한 움직임 벡터를 예시한 도면.4 is a diagram illustrating a motion vector for an enlarged and reduced image according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
102 : 감산기 104 : DCT부102: subtractor 104: DCT unit
106 : 양자화기 108 : 역양자화기106: quantizer 108: inverse quantizer
110 : 역DCT부 112 : 가산기110: reverse DCT 112: adder
114 : 프레임 기억장치 116 : 움직임 추정부114: frame memory device 116: motion estimation unit
118 : 움직임 보상부118: motion compensation unit
본 발명은 영상 압축 시스템의 움직임 보상 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 영상 압축 시스템에서 평면적인 움직임뿐만 아니라 입체적인 움직임까지 보상하는데 적합한 영상 압축 시스템의 움직임 보상 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a motion compensation method of an image compression system, and more particularly, to a motion compensation method of an image compression system suitable for compensating not only planar but three-dimensional motion in an image compression system.
잘 알려진 바와 같이, MPEG 등의 압축 방식으로 영상을 압축하는 데에는 크게 3가지 방식의 기술이 사용된다. 즉, 빈번하게 사용되는 패턴의 데이터에 더 작은 비트를 할당하는 VLC(Variable Length Coding) 등의 무손실 압축 방식, 공간의 연속성을 따른 IDCT 등을 이용하여 데이터량을 줄이는 방식, 시간적인 연속성을 이용한 움직임 보상(Motion Compensation) 방식 등이 사용된다.As is well known, three types of techniques are generally used to compress an image using a compression scheme such as MPEG. That is, a lossless compression method such as variable length coding (VLC) that allocates smaller bits to frequently used pattern data, a method of reducing data volume using IDCT according to spatial continuity, and movement using temporal continuity A motion compensation method is used.
이 중에서 움직임 보상 방식은 현재 시간의 영상이 이전 혹은 이후 시간의 영상과 유사하기 때문에 그 정보와 차이만을 이용하여 데이터량을 줄이는 방법이다. 종래의 움직임 보상 방법은 현재 프레임의 매크로블록을 이전 혹은 이후 프레임과 비교하여 가장 유사한 크기의 영상을 검출하여 그 위치 정보(움직임 벡터)와 그 차이를 전송한다.Among them, the motion compensation method is a method of reducing the amount of data using only the information and the difference because the current time image is similar to the previous or subsequent time image. The conventional motion compensation method compares a macroblock of a current frame with a previous or subsequent frame, detects an image having the most similar size, and transmits the position information (motion vector) and the difference.
이 경우 영상의 비교 단위는 원래의 매크로블록과 같은 크기의 영상만을 비교하기 때문에 이러한 방법으로는 임의의 물체가 화면상에서 평면적으로 이동할 경우만을 보상하는 것이고, 임의의 물체가 화면상에서 입체적으로 이동할 경우에는 움직임 보상을 수행하더라도 입체적인 부분에서의 오차 발생을 유발하게 되는 요인이 되고 있는 실정이다.In this case, since the comparison unit of the image compares only the image having the same size as the original macroblock, this method compensates only when an arbitrary object moves planarly on the screen, and when an arbitrary object moves three-dimensionally on the screen Even if the motion compensation is performed, it is a factor that causes an error in the three-dimensional part.
따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, MPEG 등의 영상 압축 시스템에서 평면적인 움직임뿐만 아니라 입체적인 움직임까지도 보상할 수 있는 영상 압축 시스템의 움직임 보상 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a motion compensation method of an image compression system capable of compensating not only planar motion but also stereoscopic motion in an image compression system such as MPEG. .
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 입력되는 영상 신호의 움직임을 보상하여 압축하는 영상 압축 시스템의 움직임 보상 방법으로서, 상기 입력되는 영상 신호로부터 현재 프레임 매크로블록의 확대 및 축소 이미지 데이터를 추출하는 단계와, 상기 추출된 확대, 축소 이미지를 이전, 이후 프레임의 영상과 비교하는 단계와, 상기 추출된 확대, 축소 이미지에 대해 가장 유사한 이전, 이후 프레임 영상과의 종, 횡간 거리 정보 및 확대, 축소된 정도에 관한 정보가 포함된 움직임 벡터 및 가중치를 계산하는 단계와, 상기 이전, 이후 프레임 영상의 종, 횡간 거리 정보 및 확대, 축소된 정도에 관한 정보가 포함된 움직임 벡터와 및 가중치를 역연산하는 단계와, 상기 현재 프레임의 매크로블록과 상기 역연산된 차이를 계산하여 움직임 보상을 수행하는 단계를 포함하는 영상 압축 시스템의 움직임 보상 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a motion compensation method of a video compression system that compensates and compresses a motion of an input video signal, extracting enlarged and reduced image data of a current frame macroblock from the input video signal. And comparing the extracted enlarged and reduced images with images of previous and subsequent frames, and longitudinal, transverse distance information, and enlarged and reduced information with the most similar previous and subsequent frame images for the extracted enlarged and reduced images. Calculating a motion vector and weights including information about the degree, and inversely calculating a motion vector and weights including information about the length, width, and distance of the previous and subsequent frame images And performing motion compensation by calculating the macroblock of the current frame and the inversely calculated difference. It provides a method of motion-compensated video compression system including a system.
본 발명의 상기 및 기타 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술되는 본 발명의 바람직한 실시 예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.The above and other objects and various advantages of the present invention will become more apparent from the preferred embodiments of the present invention described below with reference to the accompanying drawings by those skilled in the art.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하 게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 핵심 기술요지는, 영상 압축 시스템에서 종, 횡간 움직임에 따른 움직임 벡터를 이용하여 평면적인 움직임만을 보상하는 종래 방법과는 달리, 입력되는 영상 신호로부터 현재 프레임 매크로블록의 확대 및 축소 이미지 데이터를 추출하고, 추출된 확대, 축소 이미지를 이전, 이후 프레임의 영상과 비교한 후에, 추출된 확대, 축소 이미지에 대해 가장 유사한 이전, 이후 프레임 영상과의 종, 횡간 거리 정보 및 확대, 축소된 정도에 관한 정보가 포함된 움직임 벡터 및 가중치를 계산하고, 이러한 움직임 벡터와 및 가중치를 역연산하며, 현재 프레임의 매크로블록과 역연산된 차이를 계산하여 움직임 보상을 수행한다는 것으로, 이러한 기술적 수단을 통해 본 발명에서 목적으로 하는 바를 쉽게 달성할 수 있다.A key technical aspect of the present invention is that in an image compression system, unlike the conventional method of compensating only planar motion by using motion vectors according to longitudinal and transverse motion, enlarged and reduced image data of a current frame macroblock from an input video signal. After extracting and comparing the extracted enlarged and reduced images with the images of the previous and subsequent frames, the longitudinal and horizontal distance information and the extent of the enlargement and reduction with the most similar previous and subsequent frame images for the extracted enlarged and reduced images By calculating the motion vectors and weights that contain information about, inversely calculating these motion vectors and weights, and performing the motion compensation by calculating the inverse difference between the macroblocks of the current frame. The object of the present invention can be easily achieved.
도 1은 본 발명에 따라 입체적인 움직임을 보상하는데 적합한 영상 압축 시스템의 블록구성도로서, 감산기(102), DCT부(104), 양자화기(106), 역양자화기(108), 역DCT부(110), 가산기(112), 프레임 기억장치(114), 움직임 추정부(116) 및 움직임 보상부(118)를 포함한다.1 is a block diagram of an image compression system suitable for compensating three-dimensional motion according to the present invention, which includes a
도 1을 참조하면, 1프레임으로 구성되는 입력 영상 신호는 도시 생략된 입력 메모리 또는 프레임 버퍼로부터 소정의 블록(예를 들면, 8*8 매크로 블록 등)으로 그룹화되어 순차적으로 독출되어 움직임 추정부(116)와 감산기(102)로 제공된다. 이와 동시에 현재 프레임보다 1프레임이 앞선 1프레임 이전 영상 신호가 프레임메모리(114)로부터 독출되어 움직임 추정부(116)로 제공된다.Referring to FIG. 1, an input video signal composed of one frame is grouped into predetermined blocks (for example, 8 * 8 macroblocks, etc.) from an input memory or a frame buffer (not shown), and sequentially read out to be a motion estimation unit ( 116 and
그리고, 움직임 추정부(116)에서는 입력 메모리와 프레임 기억장치(114)로부 터 각각 독출된 이전 프레임 신호와 현재 프레임간의 비교에 의하여 현재 프레임이 이전 프레임에 비해 어느 방향으로 얼마나 움직였는지를 나타내는 움직임 벡터를 검출한다.In addition, the
여기에서, 움직임 추정부(116)에서의 과정을 더 상세히 설명하면, 움직임 추정부(116)에서는 입력되는 영상 신호로부터 현재 프레임 매크로블록(예를 들면, 8*8 매크로블록 등)의 확대 및 축소 이미지 데이터를 추출하고, 추출한 확대, 축소 이미지를 프레임 기억장치(114)로부터의 이전 프레임과 이후 프레임의 영상과 비교한 후에, 가장 유사한 이전/이후 프레임 영상과의 움직임 벡터 및 가중치를 계산한다. 또한, 종, 횡간 거리 정보 및 확대, 축소된 정도에 관한 정보가 포함된 움직임 벡터와 이에 따른 가중치를 역연산하고, 현재 프레임의 매크로블록과 역연산된 정보의 차이를 계산하고, 이를 이용하여 DCT, 양자화 과정을 거쳐 움직임 보상을 수행하게 된다.Herein, the process of the
다음에, 감산기(102)는 입력되는 영상 신호 블록과 움직임 보상부(118)로부터 제공된 영상 신호 블록간의 차를 계산하고, 감산기(102)로부터 출력되는 신호는 DCT부(104)에 의해 주파수 영역의 변환 계수로 변환함으로써, 프레임 내의 상관성을 제거하며, 양자화기(106)는 DCT부(104)에서 출력된 신호를 적응 양자화한다.Next, the
그리고, 역양자화기(108)는 양자화기(106)로부터 출력된 신호를 역양자화하고, 역DCT부(110)를 통해 역DCT 변환되어 원래의 신호로 복원된다. 가산기(112)는 역DCT부(110)의 출력 신호와 움직임 보상부(118)로부터 출력된는 신호를 결합하고, 결합된 신호는 출력되어 프레임 기억장치(114)에 기록된다.The
다음에, 상술한 바와 같은 구성을 갖는 영상 압축 시스템에서 현재 프레임 매크로블록의 확대 및 축소 이미지 데이터를 추출하고, 이전 프레임과 이후 프레임의 영상을 비교하며, 가장 유사한 이전/이후 프레임 영상과의 움직임 벡터 및 가중치를 계산한 후에, 확대/축소, 움직임 벡터 및 가중치를 역연산하고, 현재 프레임 매크로 블록과의 차를 저장하여 움직임 보상을 수행하는 과정에 대해 설명한다.Next, in the image compression system having the above-described configuration, the enlarged and reduced image data of the current frame macroblock is extracted, the images of the previous frame and the subsequent frame are compared, and the motion vector of the most similar previous / post frame image. After the weights are calculated, a process of performing the motion compensation by performing the inverse calculation of the enlargement / reduction, the motion vectors and the weights, and storing the difference with the current frame macroblock will be described.
도 2는 본 발명에 따라 영상 압축 시스템에서 입체적인 움직임을 보상하는 과정을 도시한 플로우차트이다. 이러한 도면을 통해 본 발명에 따른 움직임 보상 방법에 대해 설명한다.2 is a flowchart illustrating a process of compensating three-dimensional motion in an image compression system according to the present invention. The motion compensation method according to the present invention will be described with reference to these drawings.
도 2를 참조하면, 움직임 추정부(116)에서는 입력되는 영상 신호로부터 현재 프레임 매크로블록(예를 들면, 8*8 매크로블록 등)의 확대 및 축소 이미지 데이터를 추출한다(단계202). 일 예로서, 도 3에 도시한 바와 같은 확대, 축소 이미지를 얻기 위해 변환된 좌표에서 가장 인접한 좌표의 값에 매칭시키는 NNI(Nearest Neighbor Interpolation) 혹은 인접한 3개의 좌표 정보를 이용하는 BI(Bilinear Interpolation) 등이 사용될 수 있으며, 정확성과 계산량에 의한 복잡도를 고려하여 적절한 방법을 선택할 수 있다.Referring to FIG. 2, the
그리고, 움직임 추정부(116)에서는 상기 단계(202)에서 추출한 확대, 축소 이미지를 프레임 기억장치(114)로부터의 이전 프레임과 이후 프레임의 영상과 비교한다(단계204). 여기에서, 비교 범위 또한 계산량 등을 고려하여 소정 영역의 비교 범위 내에서 선택할 수 있다.The
다음에, 움직임 추정부(116)에서는 상기 단계(204)에서의 비교 후, 가장 유 사한 이전/이후 프레임 영상과의 움직임 벡터 및 가중치를 계산한다(단계206). 여기에서, 움직임 벡터는 종, 횡간 거리 정보 이외에 확대, 축소된 정도에 관한 정보도 포함되어 기록된다. 일 예로서, 도 4는 확대, 축소된 정도에 관한 정보가 포함된 움직임 벡터의 예를 나타낸 도면으로, 현재 매크로 블록이 이전 7*7 크기의 이미지가 종으로 -2, 횡으로 -1만큼 움직였으며, 1픽셀만큼 확대되었음을 나타낸다. 또한, 움직임 추정이 이전 혹은 이후에 둘 이상의 프레임에서 참조하였다면 그에 대한 가중치 정보를 계산한다.Next, the
그리고, 움직임 추정부(116)에서는 종, 횡간 거리 정보 및 확대, 축소된 정도에 관한 정보가 포함된 움직임 벡터와 이에 따른 가중치를 역연산한다(단계208). 이러한 역연산 정보는 하나의 매크로블록의 정보로서 저장된다.The
또한, 움직임 추정부(116)에서는 현재 프레임의 매크로블록과 상기 단계(208)에서 역연산된 정보의 차이를 계산하고, 이를 저장한다(단계210). 이 후에 움직임 보상부(118)에서는 이러한 정보를 이용하여 DCT, 양자화 과정을 거쳐 움직임 보상을 수행하게 된다(단계212). 여기에서, 상술한 과정들을 거친 매크로블록의 헤더에는 입체적인 움직임을 고려한 움직임 보상 정보가 포함될 수 있다.In addition, the
따라서, 영상 압축 시스템에서 입력되는 영상 신호와 이전, 이후 프레임 영상으로부터 종, 횡간 거리 정보 및 확대, 축소된 정도에 관한 정보에 따른 움직임 벡터 및 가중치에 따라 평면적인 움직임뿐만 아니라 입체적인 움직임도 보상하여 영상을 압축할 수 있다.Therefore, in addition to the planar motion as well as the three-dimensional motion according to the motion vector and the weight according to the video signal input from the image compression system and the information on the length, width and distance from the previous and subsequent frame images, and information on the degree of enlargement and reduction, the image is compensated for. Can be compressed.
이상의 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다.In the foregoing description, the present invention has been described with reference to preferred embodiments, but the present invention is not necessarily limited thereto. Those skilled in the art will appreciate that the present invention may be modified without departing from the spirit of the present invention. It will be readily appreciated that branch substitutions, modifications and variations are possible.
이상 설명한 바와 같이 본 발명은, 영상 압축 시스템에서 종, 횡간 움직임에 따른 움직임 벡터를 이용하여 평면적인 움직임만을 보상하는 종래 방법과는 달리, 입력되는 영상 신호로부터 현재 프레임 매크로블록의 확대 및 축소 이미지 데이터를 추출하고, 추출된 확대, 축소 이미지를 이전, 이후 프레임의 영상과 비교한 후에, 추출된 확대, 축소 이미지에 대해 가장 유사한 이전, 이후 프레임 영상과의 종, 횡간 거리 정보 및 확대, 축소된 정도에 관한 정보가 포함된 움직임 벡터 및 가중치를 계산하고, 이러한 움직임 벡터와 및 가중치를 역연산하며, 현재 프레임의 매크로블록과 역연산된 차이를 계산하여 움직임 보상을 수행함으로써, 영상 압축 시스템에서 종, 횡간 정보 및 확대, 축소 정보를 포함하는 움직임 벡터를 이용하여 입체적인 움직임 보상을 수행할 수 있다.As described above, the present invention is different from the conventional method of compensating only planar motion by using motion vectors according to longitudinal and transverse motion in an image compression system, and enlarges and reduces image data of a current frame macroblock from an input image signal. After extracting and comparing the extracted enlarged and reduced images with the images of the previous and subsequent frames, the longitudinal and horizontal distance information and the extent of the enlargement and reduction with the most similar previous and subsequent frame images for the extracted enlarged and reduced images By calculating the motion vectors and weights including the information about, inversely computing these motion vectors and weights, and performing the motion compensation by calculating the inverse difference with the macroblock of the current frame, Three-dimensional motion compensation is performed by using motion vectors including cross-lateral information and zooming information. Can be done.
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