KR20070056229A - 영상 부호기 및 이의 관심 영역 검출방법 - Google Patents

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KR20070056229A
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Abstract

본 발명은 영상 부호기 및 그의 관심영역 검출 방법에 관한 것으로, 영상 신호의 현재 프레임과 이전 프레임의 같은 위치에서의 픽셀 값의 차이를 구하여 소정의 매크로블록 단위로 그 값들의 절대치 합을 구한다. 그리고, 상기 매크로 블록의 절태치의 합이 제일 큰 값부터 차례로 정렬한 후, 매크로 블록의 절대치 값이 소정의 임계치 이상인 매크로 블럭을 관심 영역으로 검출한다. 또한, 필요에 따라 상기 관심 영역으로 결정된 매크로 블럭의 전후좌우 8개의 매크로블록까지를 최종 관심영역으로 결정한다. 그리고 나서, 상기 영상신호에서 상기 관심 영역의 부호율을 다른 영역에 비해 높게 설정하여 부호화를 한다. 이렇게 함으로써, 원영상 영역에서 프레임 차이를 이용하므로 부호화에 따른 왜곡에 의한 영향을 받지 않고 관심영역을 추출할 수 있으며, 코덱 입력부에 프레임 메모리만 추가하고 간단한 구조 변경에 의해 효과적으로 관심영역을 추출할 수 있다.
관심영역, 동영상, 부호화, 프레임

Description

영상 부호기 및 이의 관심 영역 검출방법{Video encoder and region of interest detecting method thereof}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 영상 부호기의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 영상 부호기의 동작 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 관심 영역 검출방법이 적용되는 화면을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 관심 영역 검출방법에 따라 검출된 관심영역의 예를 나타낸 화면이다.
본 발명은 영상 부호기에 관한 것으로, 특히, 영상 부호기의 관심 역역을 검출하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 프레임간의 시간적 중복성(temporal redyndancy)를 이용하는 저속 복합 동영상 부호화(low rate hybrid video encoding)에 있어서 부호화 효율을 향상시키기 위하여 한 화면을 관심영역(ROI: region-of-interest)과 비관심 영역(non-ROI)으로 나누어 부호화하는 경우가 있다. 즉, 일반적인 영상 프레임은 보통 카메라가 초점을 맞추는 관심 있는 물체의 영역과 그렇지 않은 배경 영역으로 구분되며, 시청자들이 자신의 눈의 초점을 맞추는 부분도 주로 관심영역이다.
저속 동영상 부호화에서는 이러한 특성을 이용하여 제한된 비트예산 범위 내에서 관심영역은 세밀하게(finely) 양자화를 하고, 비관심 영역은 엉성하게(coarsely) 양자화를 함으로써 주관적인 화질을 향상시키는 방법을 사용하기도 한다. 한 프레임 내에서 비트량이 많이 발생하는 영역도 비관심 영역보다는 관심영역이다.
그리고 대체로 사람의 눈은 한 화면에서 시각적 중요영역(사용자의 관심 영역)을 제외한 나머지 부분은 주된 관심 영역이 아니기 때문에 배경부분의 화질의 변동에는 민감하게 반응하지 않는다. 한 화면의 관심영역은 보다 정밀하게 부호화하고 배경부분은 대충 부호화를 해도 주관적 화질면에서는 전체를 정밀하게 부호화한 것과 크게 차이가 나지 않는다.
화면을 보고 있는 사용자는 이 부분을 쉽게 인식할 수 있지만 영상 부호기가 스스로 이 영역을 검출하는 것은 그리 쉬운 일이 아니다. 관심영역 추출에 관한 기존의 방법으로는 크게 (1) 패턴인식 분야의 응용을 위한해 정확하게 피사체의 경계를 추출하는 방법, (2)화면의 정 가운데 부분을 중심으로 일정한 영역을 관심영역으로 취하는 방법 (3) 관심영역을 사전에 포인터로 지정해 두는 방법 (4) 영상의 시간적 중복성을 이용하는 방법 등이 있다.
이 중 첫번째 방법은 정확하게 물체의 경계부분을 뽑아내는 방법으로서 많은 계산량이 필요하므로 동영상 응용의 경우에는 적합하지 않고 주로 정지영상 부호화 에 많이 사용된다. 동영상 부호화 특히 관심영역과 그렇지 않은 부분을 따로 분리하여 부호화하고자 하는 응용에서는 세밀한 물체의 영역 구분은 필요치 않고, 다만 물체부분과 배경부분의 대략적 구분만 가능하면 되므로 두번째 내지 네번째 방법 정도면 충분하다.
그런데, 두번째 방법은 영상전화와 같이 카메라와 피사체의 위치가 일정한 거리와 일정한 방향을 가지는 경우에는 적용할 수 있으나 일반적인 영상에 대해서는 적용하기 어렵다. 그리고 세번째 방법은 저장정보의 영상부호화를 위해서는 사용할 수 있으나 실시간 영상전송이 필요한 경우에는 사용하기 어렵다. 그리고 네번째 방법은 한 프레임 내에서 움직임이 발생하는 피사체가 관심의 대상이라 가정하는 방법으로서 일반적인 영상에 잘 적용될 수 있다. 네번째 방법을 사용하는 경우에는 각 매크로 블럭의 움직임 벡터의 크기 값을 이용하여 일정한 크기의 움직임이 발생한 경우 이 영역을 관심영역으로 추출하는 방법이 제안되어 있다. 그러나 움직임 벡터는 실제 움직임이 발생한 블록의 방향를 정확하게 사용자에게 제공한다기 보다는 움직임을 예측하는 왜곡측도(distortion measure)를 최소화하는 방향에 불과하기 때문에 실제 움직임이 발생한 영역을 잘 반영하지는 못한다. 이와 같은 네번째 방법은 움직임 벡터만을 사용하므로 화면의 밝기 변화에도 반응할 수 있다는 단점이 있다. 즉, 화면에서 밝기가 변화한다면 고정되어있는 배경에도 움직임 벡터 정보가 나타날 수 있는 것이다. 실제로 움직임이 거의 없는 배경부분에서도 큰 움직임 벡터가 계산되어 나오는 경우가 빈번하게 발생한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 종래의 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 입력영상 영역, 즉 부호화 처리 되지 않은 원영상(original image) 영역에서 단순히 프레임의 차이(frame difference) 정보를 가지고 관심영역을 추출하여 부호화를 하는 영상 부호기 및 이의 관심영역 검출 방법을 제공하는 것이다.
또한, 원영상 영역에서 차이 정보를 사용하여 부호화 과정의 왜곡에 의해 움직임이 잘못 추출될 가능성이 적으며, 실제 움직임이 발생하여 화소 값이 변경된 부분만 추출되므로 간단하면서도 상당히 정확하게 관심영역을 추출하는 영상 부호기 및 이의 관심영역 검출 방법을 제공하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 하나의 특징에 따른 영상 부호기는,
영상신호를 저장하고, 이전 영상을 제공하는 프레임 메모리;
상기 연상신호와 상기 프레임 메모리의 이전 영상을 비교하여 그 차이가 소정의 임계치 이상인 블럭을 관심 영역으로 검출하는 관심영역 검출부;
상기 관심 영역 검출부로부터 관심영역을 입력받아 해당 영역에 대해 부호율을 그 외의 영역보다 높게 출력하는 부호율 제어기;
상기 부호율 제어기의 부호율에 따라 상기 영상 신호를 부호와 하여 출력하는 신호 출력부를 포함한다.
이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 하나의 특징에 따른 영상 부호기의 관심 영역 검출 방법은,
영상 신호의 현재 프레임과 이전 프레임의 같은 위치에서의 픽셀 값의 차이 를 구하여 소정의 매크로블록 단위로 그 값들의 절대치 합을 구하는 단계;
상기 매크로 블록의 절태치의 합이 제일 큰 값부터 차례로 정렬하는 단계;
상기 매크로 블록의 절대치 값이 소정의 임계치 이상인 매크로 블럭을 관심 영역으로 검출하는 단계를 포함한다.
상기 방법은. 상기 관심 영역으로 결정된 매크로 블럭의 전후좌우 8개의 매크로블록까지를 최종 관심영역으로 결정하는 단계를 더 포함한다.
이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 특징에 따른 영상 부호기의 관심 영역 검출 방법을 기록한 기록 매체는,
영상 부호기의 관심 영역 검출 방법을 기록한 기록 매체로서,
영상 신호의 현재 프레임과 이전 프레임의 같은 위치에서의 픽셀 값의 차이를 구하여 소정의 매크로블록 단위로 그 값들의 절대치 합을 구하는 기능;
상기 매크로 블록의 절태치의 합이 제일 큰 값부터 차례로 정렬하는 기능;
상기 매크로 블록의 절대치 값이 소정의 임계치 이상인 매크로 블럭을 관심 영역으로 검출하는 기능이 구현된 프로그램을 기록하고 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 영상 부호기의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 영상 부호기는, 프레임 메모리(101), 가산기(102), 신호변환부(DCT, 103), 양자화부(104), 가변길이 코딩부(105), 버퍼(106), 역양자화부(107), 역신호변환부(IDCT, 108), 부호율 제어기(109), 관심영역 검출부(110), 움직임 추정 및 보상부(111)를 포함한다. 여기서, 신호 출력부(120)는 가산기(102), 신호변환부(DCT, 103), 양자화부(104), 가변길이 코딩부(105), 버퍼(106)를 포함하며, 신호의 출력에 관여한다.
가산기(102)는 원영상과 움직임 보상된 재생 영상 신호 사이의 오차 신호를 출력한다. 신호변환부(103, DCT; Discrete Cosine Transform)는 가산기(102)에서 출력되는 원영상과 움직임 보상된 재생 영상 사이의 오차 신호를 DCT 변환하여 부호화한다. 양자화(quantization)부(104)는 DCT계수를 양자화하여 출력한다. 가변길이코딩부(VLC, variable length coding, 105)는 양자화된 DCT 계수와 각종 헤더 정보, 제어 정보 등을 가변길이 부호화하여 출력한다. 버퍼(106)는 가변 비트율로 생성되는 영상부호기의 출력 비트율을 일정한 채널전송률로 전달하기 위한 완충 장치이다. 역양자화부(107)는 양자화된 DCT계수를 역양자화 한다. 역신호변환부(IDCT, 108)는 DCT 역변환으로서 역양자화된 DCT계수를 화소 영역으로 변환시킨다. 움직임 추정 및 보상부(ME/MC;motion estimation/motion compensation, 111)는 입 력영상 및 역신호 변환부(108)의 출력을 수신하여 움직임 추정과 움직임 보상을 수행한다. 프레임 메모리(101)는 입력영상을 저장하고, 이전 영상을 제공한다. 관심영역 추출부(110)는 현재 입력되는 영상 신호와 프레임 메모리(101)로부터 입력받은 이전 영상신호를 비교하여 현재 부호화하려는 프레임내의 영역을 관심영역과 비관심 영역으로 분할하고, 그 결과를 부호율 제어기로 전달한다. 부호율 제어기(109)는 관심 영역과 비관심 영역의 부호율을 다르게 하여 출력하고, 관신영역의 부호율을 더 높게 한다. 그리고, 부호율 제어기(109)는 비트 예산, 지연량, 왜곡량 등 부호율 제어 제약 조건들을 만족시키도록 부호기의 발생 비트량을 제어하는 기능을 수행한다.
그러면, 이러한 구성을 가진 이 발명의 실시예에 따른 영상 부호기의 동작을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 영상 신호가 영상 부호기로 입력된다.
그러면, 가산기(102)는 원영상과 움직임 보상된 재생 영상 신호 사이의 오차 신호를 출력한다. 그리고 나서, 신호변환부(103, DCT; Discrete Cosine Transform)는 가산기(102)에서 출력되는 원영상과 움직임 보상된 재생 영상 사이의 오차 신호를 DCT 변환하여 부호화한다.
다음, 양자화(quantization)부(104)는 DCT계수를 양자화하여 출력한다. 이때, 부호율 제어기(109)로부터 입력되는 부호율에 따라 양자화를 하게 된다.
그리고, 가변길이코딩부(VLC, variable length coding, 105)는 양자화된 DCT 계수와 각종 헤더 정보, 제어 정보 등을 가변길이 부호화하여 출력한다. 그리고 가변길이 코딩부(105)에서 출력되는 신호는 버퍼(106)에서 일정한 채널전송률로 출력이 된다.
한편, 역양자화부(107)는 양자화된 DCT계수를 역양자화 하고, 역신호변환부(IDCT, 108)는 DCT 역변환으로서 역양자화된 DCT계수를 화소 영역으로 변환시킨다.
그리고 나서, 움직임 추정 및 보상부(ME/MC;motion estimation/motion compensation, 111)는 입력영상 및 역신호 변환부(108)의 출력을 수신하여 움직임 추정과 움직임 보상을 수행한다.
또 다른 한편, 프레임 메모리(101)는 입력영상을 저장하고, 이전 영상을 제공하며, 관심영역 추출부(110)는 현재 입력되는 영상 신호와 프레임 메모리(101)로부터 입력받은 이전 영상신호를 비교하여 현재 부호화하려는 프레임내의 영역을 관심영역과 비관심 영역으로 분할하고, 그 결과를 부호율 제어기(109)로 전달한다.
그러면, 부호율 제어기(109)는 관심 영역과 비관심 영역의 부호율을 다르게 하여 출력하고, 관신영역의 부호율을 더 높게 한다.
상기 과정의 설명에서 가산기(102), 신호변환부(DCT, 103), 양자화부(104), 가변길이 코딩부(105), 버퍼(106), 역양자화부(107), 역신호변환부(IDCT, 108), 움직임 추정 및 보상부(111)의 일반적 기능은 이 분야에서 잘 알려져 있으므로 간단히 설명하였다.
상기 과정에서 프레임내의 영역을 관심영역과 비관심 영역으로 분할하고 그 결과를 부호율 제어기로 전달하는 과정을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 관심 영역 검출부의 관심영역을 추출하는 동작 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 먼저, 현재 프레임과 이전 프레임의 같은 위치에서의 픽셀 값의 차이를 구하여 매크로블록 단위로 그 값들의 절대치 합(
Figure 112005069292197-PAT00001
)을 다음 수학식 1과 같이 구한다.
Figure 112005069292197-PAT00002
여기서,
Figure 112005069292197-PAT00003
는 n번째 프레임의 (k, l) 번째 매크로블럭의 (i,j)번째 화소값을 나타낸다.
그리고 나서, 관심 영역 검출부(110)는
Figure 112005069292197-PAT00004
이 제일 큰 값부터 차례로 정렬한다.
다음, 관심 영역 검출부(110)는
Figure 112005069292197-PAT00005
값이 큰 순서대로 정렬된 매크로블록에서 절대치 합이 특정 임계치(threshold)
Figure 112005069292197-PAT00006
이상인 매크로블럭의 집합을 임시 관심영역(ROItemp)을 다음 수학식 2와 같이 결정한다.
Figure 112005069292197-PAT00007
그리고 나서, 영상의 공간적인 상관성을 고려하여 임시 중요영역으로 결정된 매크로블록을 둘러싸고 있는 전후좌우 8개의 매크로블록까지를 최종 관심영역으로 결정한다.
이 방법에 의해 선택된 관심영역의 추출 예를 도 3에 나타내었다.
도 3을 참조하면, 관심영역이 결정된후, 그 주변의 8개의 블럭을 추가로 관심영역으로 지정하였다.
또한, 이러한 방법에 의해 실제로 관심 영역을 추출한 예를 도 4에 도시하였다.
도 4를 참조하면, 배경이 정지되어 있는 두개의 시험영상, 슈시(Susie) 영상과 어마와 딸(mother&daughter) 영상에 대해 위 방법을 적용한 결과가 나타나 있으며, 관심영역을 거의 정확하게 얻을 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
이상에서와 같이, 이 발명의 실시예에서, 다음과 같은 이점을 가진 영상 부호기 및 그의 관심 영역 검출 방법을 제공할 수 있다.
첫째, 원영상 영역에서 프레임 차이를 이용하므로 부호화에 따른 왜곡에 의한 영향을 받지 않고 관심영역을 추출할 수 있다.
둘째, 코덱 입력부에 프레임 메모리만 추가하고 간단한 구조 변경에 의해 효과적으로 관심영역을 추출할 수 있다.

Claims (8)

  1. 영상신호를 저장하고, 이전 영상을 제공하는 프레임 메모리;
    상기 영상신호와 상기 프레임 메모리의 이전 영상을 비교하여 그 차이가 소정의 임계치 이상인 블럭을 관심 영역으로 검출하는 관심영역 검출부;
    상기 관심 영역 검출부로부터 관심영역을 입력받아 해당 영역에 대해 부호율을 그 외의 영역보다 높게 출력하는 부호율 제어기;
    상기 부호율 제어기의 부호율에 따라 상기 영상 신호를 부호와 하여 출력하는 신호 출력부를 포함하는 영상 부호기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 관심 영역 검출부는 상기 관심 영역으로 검출된 블럭의 전후좌우 8개의 블럭을 지정하여 최종 관심 영역으로 검출하는 것을 특징으로 하는 영상 부호기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 관심 영역 검출부는 상기 영상신호와 상기 프레임 메모리의 이전 영상을 상기 블럭 내의 픽셀 단위로 비교하는 것을 특징으로 하는 영상 부호기.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 신호 출력부는,
    상기 영상신호와 움직임 보상된 재생 영상 신호 사이의 오차 신호를 출력하는 가산기;
    상기 가산기에서 출력되는 원영상과 움직임 보상된 재생 영상 사이의 오차 신호를 DCT 변환하여 부호화하는 신호변환부;
    상기 신호변환부에서 출력되는 DCT 계수를 양자화하여 출력하는 양자화부;
    상기 양자화된 DCT 계수와 각종 헤더 정보, 제어 정보를 포함하는 신호를 가변길이 부호화하여 출력하는 가변길이 코딩부를 포함하는 영상 부호기.
  5. 영상 신호의 현재 프레임과 이전 프레임의 같은 위치에서의 픽셀 값의 차이를 구하여 소정의 매크로블록 단위로 그 값들의 절대치 합을 구하는 단계;
    상기 매크로 블록의 절태치의 합이 제일 큰 값부터 차례로 정렬하는 단계;
    상기 매크로 블록의 절대치 값이 소정의 임계치 이상인 매크로 블럭을 관심 영역으로 검출하는 단계를 포함하는 영상 부호기의 관심 영역 검출 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 관심 영역으로 결정된 매크로 블럭의 전후좌우 8개의 매크로블록까지를 최종 관심영역으로 결정하는 단계를 더 포함하는 영상 부호기의 관심 영역 검출 방법.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 영상신호에서 상기 관심 영역의 부호율을 다른 영역에 비해 높게 설정하여 부호화를 하는 단계를 더 포함하는 영상 부호기의 관심 영역 검출 방법.
  8. 영상 부호기의 관심 영역 검출 방법을 기록한 기록 매체로서,
    영상 신호의 현재 프레임과 이전 프레임의 같은 위치에서의 픽셀 값의 차이를 구하여 소정의 매크로블록 단위로 그 값들의 절대치 합을 구하는 기능;
    상기 매크로 블록의 절태치의 합이 제일 큰 값부터 차례로 정렬하는 기능;
    상기 매크로 블록의 절대치 값이 소정의 임계치 이상인 매크로 블럭을 관심 영역으로 검출하는 기능이 구현된 프로그램을 기록한 기록매체.
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