KR20070066479A

KR20070066479A - 피씨기반의 실시간 다채널 디지털 비디오 레코더 시스템을위한 엠팩-4 인코더

Info

Publication number: KR20070066479A
Application number: KR1020050127716A
Authority: KR
Inventors: 장경현; 박기태; 문영식
Original assignee: 장경현
Priority date: 2005-12-22
Filing date: 2005-12-22
Publication date: 2007-06-27

Abstract

본 발명은 다채널 카메라로부터 입력되는 영상 데이터를 실시간 압축 및 재생이 가능한 인코더를 구현하는 방법에 관한 것으로, 최신 압축 표준인 MPEG-4 표준을 따르는 인코더를 구현하는 방법에 관한 것이다.

16채널 혹은 그 이상의 카메라로부터 입력되는 영상을 실시간으로 처리하기 위해서 MPEG-4 표준에 의거하여 부분적인 기능 수정, 축소 그리고 제거한다. MPEG-4 인코더에서 다채널 입력에 대해 실시간으로 초당 30 프레임을 압축 및 저장하기 위해 기능 수정, 축소 그리고 제거한 부분은 크게 두 부분으로 움직임 예측(Motion Estimation)부분과 양자화(Quantization)부분이다.

개발한 인코더는 CIF(352 x 288)영상을 16채널 혹은 그 이상을 실시간 압축 및 저장이 가능하며, MPEG-4 표준을 준수하므로 개발한 디코더를 반드시 사용하지 않아도 MPEG-4 코덱으로 재생이 가능한 것이 특징이다.

DVR 시스템, MPEG-4, 실시간, 인코더, 코덱

Description

피씨기반의 실시간 다채널 디지털 비디오 레코더 시스템을 위한 엠팩-4 인코더{MPEG-4 Encoder for PC-Based Real-time Multi-channel DVR Systems}

DVR시스템은 기존에 쓰이던 VCR(Video Cassette Recoder)이 녹화를 여러 번 반복하는 방식이라서 화질이 떨어지고 비디오 테이프를 여러 번 교체하는 등 사용의 번거로움을 해결하기 위해 개발한 디지털 영상 저장장치로 DVR은 기존 아날로그 방식의 비디오 테이프를 저장 매체로 사용하는 VCR과는 달리 입력된 아날로그 영상을 디지털로 변환하고 압축하여 하드디스크(HDD)나 디지털 비디오 디스크(DVD)등 디지털 저장장치에 저장한 후에 저장된 화면을 재생하거나 검색할 수 있는 장치이다.

국내외 DVR 시장은 기존 CCTV에서 DVR로의 이동 및 보안의식의 강화, 감시차원에서 안전차원으로의 인식전환 등으로 급격히 팽창하고 있고, 이에 따라 시장 선점을 위한 업체간 경쟁도 갈수록 치열해지고 있다. 또한 국내외의 기업들과 금융권 및 아파트 모니터링 시스템과 같은 곳에서 대규모의 수요를 창출하고 있다.

일반적으로 DVR 시스템은 크게 PC-Based DVR과 Stand-alone DVR로 구분된다. Stand-alone DVR은 안정성이 높고 설치 및 사용이 용이하고, PC-Based DVR은 다양한 기능을 구현하기 때문에 제품사양의 업그레이드가 용이하고, 다양한 애플리케이션 기능을 구현할 수 있다. 본 발명은 채널확장이 용이한 PC-Based DVR 시스템을 위한 인코더로 CIF(352 x 288) 해상도의 16채널 영상을 실시간으로 압축 및 저장할 수 있다.

본 발명은 한 대의 DVR 시스템에서 종래보다 많은 채널 영상을 실시간 압축 및 저장할 수 있는 인코더를 구현하는 방법이다.

본 발명은 CIF(352x288) 해상도의 영상을 초당 30장씩 압축 및 저장할 수 있으며 전체 초당 480장 이상의 화면을 압축 및 저장할 수 있는 실시간 DVR용 인코더 이다.

본 발명은 MPEG-4 표준을 준수하며 본 발명으로 압축된 영상은 MPEG-4 표준을 따르는 다른 코덱을 이용하여도 재생이 가능하다.

본 발명은 초당 480장 이상의 화면을 압축 및 저장하기 위해 움직임 예측 방법과 양자화 방법을 수정, 축소 및 제거한다. MPEG-4에는 다양한 방법의 움직임 예측 방법이 사용되고 그 중에서 가장 효율적인 방법을 이용한다. 그러나 다채널 입력에 대한 30 fps 를 압축 및 저장하기에는 부호화하는데 많은 시간이 소요된다. 움직임 예측을 하는 부분은 부호화 과정에서 80% 이상의 시간을 소요하는 부분으로 움직임 예측시 소요되는 시간을 최소화하기 위해 다음과 같이 움직임 예측 방식을 축소하였다.

16 x 16 매크로블록 단위의 움직임 예측 및 보상만 사용한다. 8 x 8 매크로블록 단위의 움직임 보상, VOP 경계 밖에서의 움직임 보상, 중첩된 블록 움직임 보상등의 움직임 보상을 사용하지 않고 기본적인 매크로블록 단위의 움직임 보상만을 사용하며 예측 방법을 단순화시켜 움직임 예측에 소요되는 시간을 단축한다.

DC 계수 예측만 사용한다. 부호화 효율을 높이기 위한 방법으로 DC성분 뿐 아니라 AC성분도 적응적 예측 부호화를 수행할 수 있다. 그러나 AC성분 예측 오차는 예측하지 않은 경우보다 큰 경우가 발생하며 예측 오차가 예측하지 않은 경우보다 큰 경우에는 이를 무효로 한다. DC성분만을 이용하여 예측하여도 부호화된 영상의 화질에 큰 영향을 끼치지 않고 매크로블록마다 수행되는 연산량을 줄여 부호화 시간 절약이 가능하다.

I-VOP와 P-VOP만 사용한다. 인코딩하는 영상은 현재 영상의 데이터만 사용하여 압축하는 I-VOP와 지나간 영상을 참조하여 전방향 움직임 예측을 하여 압축하는 P-VOP 그리고 전 영상과 후 영상을 모두 참조하여 양방향 움직임 예측을 하는 B-BOP가 있다. 양방향 움직임 예측을 사용하는 B-VOP가 가장 압축효율이 좋으나 가장 많은 연산과 시간이 요구된다. 아래에서 설명하는 양자화 방법을 사용하면 B-VOP를 사용하지 않아도 요구하는 압축률을 만족시킬 수 있기 때문에 B-VOP를 사용하지 않고 I-VOP와 P-VOP만을 사용하여 압축하도록 한다.

정수 화소 단위의 움직임 보상만을 사용한다. 반픽셀(Half Pixel), 쿼터픽셀(Quarter Pixel) 단위의 움직임 보상은 정수 화소 단위의 움직임 보상에 비해 정확한 움직임 보상이 가능하지만 부호화 시간을 최소화하기 위해 정수 화소 단위의 움직임 보상만을 사용한다.

MPEG-4 양자화는 MPEG-2방식과 H.263방식 두 가지의 양자화 방법이 있다. 기존에는 인트라 부호화된 블록의 DC 성분을 8로 양자화하는 반면 MPEG-4에서는 양자화 스케일에 따라 결정되는 비선형 양자화 간격으로 DC 성분을 양자화한다. 이 때 사용된 양자화 스케일은 VOP헤더에 기술된다. 이 양자화 방법은 매크로블록마다 연산을 하여 양자화 간격을 결정해야 하므로 다채널 부호화를 실현하기에 적합하지 않다. DC 성분의 양자화 간격은 고정시키고 AC성분의 양자화 간격은 선형적으로 결정하는 H.263 양자화 방법을 사용하였다.

고정된 양자화 테이블을 사용하여 양자화하는 경우 양자화에 걸리는 시간을 단축할 수 있을 뿐 아니라 추가적인 잇점이 생긴다. MPEG-4 양자화 방법을 사용한 경우 평균적으로 2~6 사이의 양자화 간격을 가지게 되는데 제안하는 양자화 방법을 사용한 경우 MPEG-4 양자화 방법을 사용한 경우에 비해 상대적으로 양자화 간격이 크게 되어 적은 비트로 양자화 된다. 적은 비트로 양자화된 값은 이후 많은 비트 연산을 하게 되는 VLC(Variable Length Coding)에도 영향을 끼쳐 상대적으로 기존 방법에 비해 적은 비트를 부호화하게 되므로 부호화 속도 향상이 가능하게 한다.

본 발명은 16채널 이상의 영상을 실시간으로 동시에 압축 및 저장하여 한 대 의 DVR 시스템으로 기존보다 많은 입력 영상을 압축 및 저장할 수 있게 한다. 움직임이 급격히 변하지 않는 영상도 지연 없이 압축 및 저장이 가능하다. 급격한 움직임이 없는 곳의 감시용으로는 한 채널의 영상을 초당 15 장씩 압축 및 저장한다면 32채널 이상의 카메라의 입력 영상을 압축 및 저장할 수 있다. 특히 대량의 감시 카메라가 필요한 곳은 종래의 방법에 비해 적은 DVR 시스템으로 입력 영상의 감시가 가능해진다. 기존의 방법에 비해 감시 장비 구축 및 설치 비용절감이 가능하며 관리가 용이하다.

Claims

다채널 영상을 실시간으로 압축 및 저장하기 위한 인코더를 구현하는데 있어서, 부호화 시간을 최소화하기 위한 방법으로 여러 가지 움직임 예측 방법 중 사용된 움직임 예측 방법과 양자화 간격을 고정시켜 부호화 시간을 단축하고 이후 사용r하는 가변길이 부호화에 사용되는 비트 수를 줄이기 위해 사용된 양자화 방법을 적용한 MPEG-4 표준을 따르는 인코더 구현 방법.