KR20090060875A - 비디오 스트림 전환 장치 및 방법 - Google Patents

비디오 스트림 전환 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

비디오 스트림 전환 장치 및 방법이 개시된다. 제 1비트스트림으로부터 제 2비트스트림으로 스위칭되는 스위칭 비트스트림을 생성하는 비디오 스트림 전환 방법에 있어서, 디코딩 단계는 제 1비트스트림 및 제 2비트스트림을 각각 디코딩하여 제 1영상 프레임 및 제 2영상 프레임을 각각 산출한다. 스위칭 프레임 산출단계는 산출된 제 1영상 프레임 및 제 2영상 프레임을 기초로 제 1비트스트림으로부터 제 2비트스트림으로 스위칭을 지원하는 복수의 스위칭 프레임을 산출한다. 스위칭 비트스트림 생성단계는 산출된 스위칭 프레임을 포함하는 스위칭 비트스트림을 생성한다. 본 발명에 따른 비디오 스트림 전환 장치 및 방법에 의하면 전체 비트 레이트를 증가시키지 않으면서 서로 다른 비트 레이트로 압축된 비트스트림 간의 전환을 수행하여 전환 시 발생 가능한 비트레이트 증가를 방지하고 안정적인 비트스트림 전송을 유지할 수 있으며, 다양한 네트워크의 대역폭 또는 네트워크의 가변적인 대역폭에 맞추어 신속하게 비트스트림이 전환이 가능하다.
비디오 스트림, 전환, 비트 레이트, 대역폭

Description

비디오 스트림 전환 장치 및 방법{Apparatus and method for switching video stream}
본 발명은 비디오 스트림 전환 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 서로 다른 스트리밍 비트스트림들 간에 스위칭하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
비트스트림은 복수의 영상 프레임으로 구성되는 영상이 MPEG 포맷으로 압축된 것이다. 이러한 영상을 압축하는 MPEG 포맷에는 표준화되어 있는 여러 개의 표준 포맷들이 있다. 표준 포맷들에는 디지털 시청각 데이터를 저장하는 어플리케이션들에 대한 MPEG-1(참조 번호 ISO/CEI 11172), 텔레비전 프로그램들의 배포를 위한 MPEG-2(참조 번호 ISO/CEI 13818), 멀티미디어 데이터의 관리에서 대화식 사용들에 전용되는 MPEG-4(참조 번호 ISO/CEI 14496) 등이 있다. 각 표준들은 상이한 목적을 위한 것이지만, 이들 모두는 블록 인코딩 기술에 기초하여, 화상들의 시퀀스 내에 존재하는 시간적 공간적 리던던시들(redundancies)을 사용한다. 일반적으로 공간적 리던던시들을 제거하기 위해서, 비디오 신호의 8개의 샘플들의 8 라인들의 블록들에 이산 코사인 변환(DCT)이 적용된다.
또한 시간적 리던던시를 제거하기 위한 방법과 관련하여, MPEG 표준에는 세 가지 유형의 화상들을 정의하고 있다. 첫째, 인트라-코딩된 화상(intra-coded picture) 또는 I 화상은 인트라 모드로 인코드된 프레임으로 화상들 자체로부터만 유도된 정보에 의해 인코딩되며 시퀀스에 대한 랜덤 액세스를 용이하게 하기 위해 사용된다. 둘째, 예측-코딩된 화상(predictive-coded picture) 또는 P 화상은 인터 모드로 인코드된 프레임으로 디스플레이 순서에서 이전의 I 또는 P 기준 화상에 기초하여 움직임 보상 예측에 의해 인코딩된다. 셋째, 양방향 예측-코딩된 화상 또는 B 화상은 이전의 또는 이후의 I 또는 P 기준 화상에 기초하여 움직임 보상 예측에 의해 인코딩된다.
MPEG 표준들은 선행하는 화상에 관한 최소의 에러를 포함하도록 인코딩될 화상의 변위 검출에 기초한 움직임 보상 처리를 포함한다. 그러나 공간적 리던던시들이 감소될 수 있는 인코딩 단위는 블록이며, 움직임 보상은 각각 색차 포맷들(4:2:0, 4:2:2 또는 4:4:4)에 따른 2개, 4개, 또는 8개의 색차 블록들과 4개의 휘도 블록들의 그룹인 매크로블록들을 사용하며, 블록들은 화상의 휘도 성분의 16x16 요소들의 섹터로부터 발생한다.
도 1은 배경 기술의 움직임 추정 처리를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 움직임 보상 예측은 먼저 현재 화상(11)의 매크로블록(12)을 선행 화상의 매크로블록에 매핑시킨다. 선행 화상(13)에서의 매크로블록의 가장 유망한 위치(14)를 발견하면, 현재 화상의 매크로블록과 관련된 변위 벡터(15)를 결정한다. 이어서, 현재 매크로블록과 가장 유망한 매크로블록간의 차이에 대응하 는 예측된 매크로블록, 및 관련된 움직임 벡터를 인코딩한다.
다양한 예측 방법들이 가능하며, 화상 유형은 각 매크로블록을 인코딩하기 위해 사용될 수 있는 예측 방법을 한정한다. 예를 들어, 매크로블록은 이전 화상에 속하는 기준 매크로블록에 기초하여 순방향 예측될 수도 있고, 또한 디스플레이 시퀀스에서 이후 화상에 속하는 기준 매크로블록에 기초하여 역방향 예측될 수도 있다. 또 다른 선택사항은, 현재 화상의 매크로 블록의 블록들이 직접 인코딩되는 것과 같은 방식으로 어떠한 예측도 적용하지 않는다는 것이다. 이러한 매크로블록들을 인트라 매크로블록들(intra macroblocks)이라고 한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전체 비트 레이트를 증가시키지 않으면서 서로 다른 비트 레이트로 압축된 비트스트림 간의 전환을 수행하여 전환 시 발생 가능한 비트레이트 증가를 방지하고 안정적인 비트스트림 전송을 유지하고, 다양한 네트워크의 대역폭 또는 네트워크의 가변적인 대역폭에 맞추어 신속하게 비트스트림이 전환이 가능한 비디오 스트림 전환 장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 전체 비트 레이트를 증가시키지 않으면서 서로 다른 비트 레이트로 압축된 비트스트림 간의 전환을 수행하여 전환 시 발생 가능한 비트레이트 증가를 방지하고 안정적인 비트스트림 전송을 유지하고, 다양한 네트워크의 대역폭 또는 네트워크의 가변적인 대역폭에 맞추어 신속하게 비트스트림이 전환이 가능한 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 비디오 스트림 전환 장치는, 제 1비트스트림으로부터 제 2비트스트림으로 스위칭되는 스위칭 비트스트림을 생성하는 비디오 스트림 전환 장치에 있어서, 상기 제 1비트스트림과 제 2 비트스트림을 기초로 상기 제 1비트스트림으로부터 상기 제 2비트스트림으로 스위칭을 지원하는 복수의 스위칭 프레임을 산출하여 이를 포함하는 스위칭 비트스트림을 생성하는 스위칭 비트스트림 생성부;를 구비한다.
바람직하게 상기 스위칭 비트스트림 생성부는 제 1비트스트림과 제 2비트스트림 간의 스위칭 시점의 제 2비트스트림의 프레임을 기준으로 역방향으로 상기 제 2비트스트림의 프레임과 제 1비트스트림의 해당 프레임 각각에 대응하는 스위칭 프레임을 산출한다.
또한 상기의 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 비디오 스트림 전환 방법은, 제 1비트스트림으로부터 제 2비트스트림으로 스위칭되는 스위칭 비트스트림을 생성하는 비디오 스트림 전환 방법에 있어서, 상기 제 1비트스트림 및 제 2비트스트림을 각각 디코딩하여 제 1영상 프레임 및 제 2영상 프레임을 각각 산출하는 디코딩 단계; 상기 산출된 제 1영상 프레임 및 제 2영상 프레임을 기초로 상기 제 1비트스트림으로부터 상기 제 2비트스트림으로 스위칭을 지원하는 복수의 스위칭 프레임을 산출하는 스위칭 프레임 산출단계; 및 상기 산출된 스위칭 프레임을 포함하는 스위칭 비트스트림을 생성하는 스위칭 비트스트림 생성단계;를 갖는다.
본 발명에 따른 비디오 스트림 전환 장치 및 방법에 의하면 전체 비트 레이트를 증가시키지 않으면서 서로 다른 비트 레이트로 압축된 비트스트림 간의 전환을 수행하여 전환 시 발생 가능한 비트레이트 증가를 방지하고 안정적인 비트스트림 전송을 유지할 수 있으며, 다양한 네트워크의 대역폭 또는 네트워크의 가변적인 대역폭에 맞추어 신속하게 비트스트림이 전환이 가능하다.
이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 비디오 스트림 전환 장치 및 방법의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예의 사용하기 적당한 바람직한 컴퓨팅 환경의 일예를 도시한 블록도이다.
도 2a를 참조하면, 본 발명에 따른 비디오 스트림 전환 장치(213)는 미디어 서버(211)로부터 비디오 신호가 MPEG 포맷으로 압축된 비트스트림을 전송받고 인터넷(215)에 접속하여 클라이언트(217)가 속한 네트워크의 대역폭에 따라 적정한 비트 레이트로 압축된 비트스트림을 전송한다. 여기서 미디어 서버(211)는 비디오 신호를 다양한 비트 레이트 및 양자화 계수로 압축하여 비트스트림을 생성하고 이를 저장 및 전송하는 역할을 수행한다. 만일 클라이언트(217)가 속한 네트워크의 대역폭이 통신 상태에 따라 변화되면 비디오 스트림 전환 장치(213)는 전송하고 있는 비트스트림을 변환된 대역폭에 적정한 비트 레이트로 압축된 비트스트림으로 전환하여 전송한다. 구체적으로 언급하면, 클라이언트(217)로 언급되는 인터넷(215)에 접속하도록 적절히 구성된 개인용 컴퓨터(personal computer;이하 'PC'라고 함)상에서 동작하는 비디오 뷰어(또는 보는 사람)는 인터넷(215)을 거쳐 미디어 서버(202)에 접속될 것이고, 이리하여 클라이언트(217)는 콘텐츠(비트스트림)에 접근하며, 비디오 스트림 전환 장치(213)는 클라이언트(217)가 접속된 네트워크의 대역폭에 맞추어 적정한 비트 레이트로 압축된 비트스트림으로 전환하여 비트스트림을 전송하게 된다.
미디어 서버(211), 비디오 스트림 전환 장치(213) 및 클라이언트(217)는 각각 휴대폰 및 PDA 등의 휴대형 장치, 멀티프로세서 시스템, 마이크로프로세서 기반 또는 프로그램 가능한 소비자 전자기구, 네트워크 PC, 미니컴퓨터, 메인프레임 컴퓨터, 휴대형 통신 장치 등을 포함하는 다른 컴퓨터 시스템 구성으로 구현될 수 있다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예의 사용하기 적당한 바람직한 컴퓨팅 환경의 다른 예를 도시한 블록도이다.
도 2b를 참조하면, 본 발명에 따른 비디오 스트림 전환 장치(223)는 미디어 서버(211)의 역할을 직접 수행하며, 저장한 또는 압축한 비트스트림을 인터넷(225)을 통해 클라이언트(227)로 전송한다. 마찬가지로, 클라이언트(227)가 속한 네트워크의 대역폭이 통신 상태에 따라 변화되면 비디오 스트림 전환 장치(223)는 전송하고 있는 비트스트림을 변환된 대역폭에 적정한 비트 레이트로 압축된 비트스트림으로 전환하여 전송한다.
도 2c는 본 발명의 일 실시예의 사용하기 적당한 바람직한 컴퓨팅 환경의 또 다른 예를 도시한 블록도이다.
도 2c를 참조하면, 본 발명에 따른 비디오 스트림 전환 장치(233)는 인터넷(232)을 통해 미디어 서버(231)로부터 비디오 신호가 MPEG 포맷으로 압축된 비트스트림을 전송받는다. 그리고 비디오 스트림 전환 장치(233)는 인터넷(235)에 접속되어 클라이언트(237)가 속한 네트워크의 대역폭에 따라 적정한 비트 레이트로 압축된 비트스트림을 전송한다. 마찬가지로, 클라이언트(237)가 속한 네트워크의 대 역폭이 통신 상태에 따라 변화되면 비디오 스트림 전환 장치(233)는 전송하고 있는 비트스트림을 변환된 대역폭에 적정한 비트 레이트로 압축된 비트스트림으로 전환하여 전송한다.
도 3은 본 발명에 따른 비디오 스트림 전환 장치에 대한 바람직한 일 실시예의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 비디오 스트림 전환 장치(300)는 제 1비트스트림으로부터 제 2비트스트림으로 스위칭되는 스위칭 비트스트림을 생성한다. 이를 위해 이를 위해 제 1디코더(310), 제 2디코더(320) 및 스위칭 비트스트림 생성부(330)를 구비한다.
제 1디코더(310)는 제 1비트스트림을 입력받아 디코드를 하여 영상 프레임을 복원하고 복원된 영상 프레임을 스위칭 비트스트림 생성부(330)로 출력한다. 출력되는 영상 프레임은 제 1비트스트림으로부터 제 2비트스트림으로 전환되는 시점의 영상 프레임부터 역방향으로 위치하는 영상 프레임이며, 그 개수는 스위칭 비트 스트림 생성부(330)가 스위칭 프레임을 산출하는 개수에 대응한다. 여기서 스위칭 비트 스트림 생성부(330)가 스위칭 프레임을 산출하는 개수는 사전에 설정된 설정값에 의해 정해지며, 산출되는 스위칭 프레임의 개수가 많아지면 산출 시간이 증가하여 비트스트림의 전환 시 소요는 시간이 많아지게 되고 산출되는 스위칭 프레임의 개수가 적어지면 스위칭 프레임의 크기가 커져 네트워크에 부담을 줄 수 있으므로 이를 고려하여 설정값을 설정하는 것이 바람직하다.
비슷하게, 제 2디코더(320)는 제 2비트스트림을 입력받아 디코드를 하여 영 상 프레임을 복원하고 복원된 영상 프레임을 스위칭 비트스트림 생성부(330)로 출력한다. 여기서 출력되는 영상 프레임은 제 1비트스트림으로부터 제 2비트스트림으로 전환되는 시점의 영상 프레임이다.
도 4는 본 발명에 따른 비디오 스트림 전환 장치의 디코더의 일 실시예의 구성을 도시한 블록도이다.
도 4를 참조하면, 제 1디코더(310) 및 제 2디코더(320)는 일예로 디코더(400)로 구현될 수 있다. 디코더(400)는 가변길이디코딩 블록(VLD), 역양자화 블록(DQ), 가산기(S1), 양자화 블록(Q), 역 이산 코사인 블록(IDCT), 버퍼(BUF), 움직임 보상부(MC), 이산 코사인 블록(DCT)을 구비한다.
디코더(400)의 동작과정을 설명하면, 가변길이디코딩 블록(VLD)은 입력된 비트 스트림에 대해 가변 길이 디코딩 변환을 수행한다. 역양자화 블록(DQ)은 가변길이디코딩 블록(VLD)이 출력한 가변 길이 디코딩 변환된 비트 스트림의 프레임을 역양자화를 수행한다. 가산기(S1)는 역양자화 블록(DQ)이 출력한 역양자화 된 프레임에 기준 영상 프레임을 가산하여 영상 프레임을 산출한다. 양자화 블록(Q)은 가산기(S1)가 산출한 영상 프레임을 양자화 한다. 역양자화 블록(DQ)은 양자화 블록(Q)이 양자화 한 영상 프레임을 역양자화 한다. 역 이산 코사인 블록(IDCT)은 역양자화 블록(DQ)이 역양자화 한 영상 프레임에 대해 역 이산 코사인 변환을 수행한다. 버퍼(BUF)는 역 이산 코사인 블록(IDCT)이 출력한 역 이산 코사인 변환된 영상 프레임을 저장한다. 움직임 보상부(MC)는 버퍼(BUF)에 저장된 영상 프레임을 기초로 움직임 보상을 수행하여 기준 영상 프레임을 산출한다. 이산 코사인 블록(DCT)은 움직임 보상부(MC)가 산출한 기준 영상 프레임에 대해 이산 코사인 변환을 수행하여 가산기(S1)로 출력한다. 즉 가산기(S1)는 역양자화 블록(DQ)이 출력한 역양자화 된 프레임에 이산 코사인 블록(DCT)이 출력한 기준 영상 프레임을 가산하여 영상 프레임을 산출한다.
도 5a는 제 1비트스트림 및 제 2비트스트림의 프레임 각각에 대응하는 스위칭 프레임을 도시한 도면이다.
도 5a를 참조하면, 스위칭 비트스트림 생성부(330)는 제 1비트스트림과 제 2 비트스트림을 기초로 상기 제 1비트스트림으로부터 상기 제 2비트스트림으로 스위칭을 지원하는 복수의 스위칭 프레임을 산출하여 이를 포함하는 스위칭 비트스트림을 생성한다. 즉 스위칭 비트스트림 생성부(330)는 제 1비트스트림과 제 2비트스트림 간의 스위칭 시점의 제 2비트스트림의 프레임을 기준으로 역방향으로 제 2비트스트림의 프레임과 제 1비트스트림의 해당 프레임 각각에 대응하는 스위칭 프레임을 산출한다. 본 발명에 따른 비디오 스트림 전환 장치는 복수개의 스위칭 프레임을 포함하여 스위칭 비트스트림을 생성함으로 서로 다른 비트 레이트로 압축된 비트스트림 간의 전환을 수행 시 발생하는 순간적인 비트 레이트 급격한 증가를 방지하여 안정적인 비트스트림 전송을 유지하고, 다양한 네트워크의 대역폭 또는 네트워크의 가변적인 대역폭에 맞추어 신속하게 비트스트림이 전환이 가능하게 한다.
먼저 각 기호에 대해 설명하면, 디코딩된 영상 프레임(510)에서
Figure 112007088738274-PAT00001
는 각각 제 1비트스트림으로부터 재구조화된 영상 프레임 즉, 복원된 영상 프레임이고,
Figure 112007088738274-PAT00002
는 제 2비트스트림으로부터 재구조화된 영상 프레임 즉, 복원된 영상 프레임이며, k는 k 번째의 영상 프레임을 의미한다. 입력되는 비트스트림(520) 중에서
Figure 112007088738274-PAT00003
는 각각 제 1비트스트림에서 인터 모드로 압축된 프레임이고,
Figure 112007088738274-PAT00004
는 제 2비트스트림에서 인트라 모드로 압축된 프레임이다. 그리고 출력되는 스트림(530) 중에서
Figure 112007088738274-PAT00005
는 제 1비트스트림에서 인터 모드로 압축된 프레임이고,
Figure 112007088738274-PAT00006
는 각각 PK-2,1, PK-1,1,IK,2에 대응하는 스위칭 프레임이다.
바람직한 일 실시예로, 스위칭 비트스트림 생성부(330)는 스위칭 프레임을 다음의 수학식1에 의해 산출한다.
Figure 112007088738274-PAT00007
여기서, k는 제 1비트스트림과 제 2비트스트림 간의 스위칭 시점의 제 2비트스트림의 프레임의 순번이고,
Figure 112007088738274-PAT00008
는 제 2비트스트림의 k번째 영상 프레임이 재구조화된 영상 프레임이며, Sk,12는 상기 제 2비트스트림의 프레임에 대응하는 스위칭 프레임이고, Sk-1,12는 Sk,12의 전 스위칭 프레임이고
Figure 112007088738274-PAT00009
는 제 1비트스트림의 k-2번째 영상 프레임이 재구조화된 영상 프레임이다. 그리고 Inter(a, b)는 기준 영상 프레임 b로 하여 영상 프레임 a를 인터 모드로 인코딩하는 것을 의미하고, Inter-1(a, b)은 기준 프레임 b로 하여 인터 모드로 인코드된 프레임 a를 디코딩하는 것을 의미한다.
도 5b는 본 발명에 따른 비디오 스트림 전환 장치의 스위칭 비트스트림 생성부의 일 실시예의 구성을 도시한 블록도이다.
도 5b를 참조하면, 스위칭 비트스트림 생성부(500)는 제 1디코더(310) 및 제 2디코더(320)가 각각 출력한 제 1영상 프레임 및 제 2영상 프레임을 선택적으로 입력받아서 스위칭 프레임을 산출한다. 이를 위해 스위칭 비트스트림 생성부(500)는 이산 코사인 블록(DCT), 양자화 블록(Q), 역양자화 블록(DQ), 가산기(S1), 가변길이인코딩 블록(VLC), 버퍼(BUF), 움직임 예측부(ME) 및 움직임 보상부(MC)를 구비한다.
스위칭 비트스트림 생성부(500)의 동작 과정을 설명하면, 이산 코사인 블록(DCT)은
Figure 112007088738274-PAT00010
을 입력받아 이산 코사인 변환을 수행한다. 양자화 블록(Q)은 이산 코사인 블록(DCT)이 출력한 이산 코사인 변환된
Figure 112007088738274-PAT00011
을 양자화 한다. 역양자화 블록(DQ)은 양자화 블록(Q)이 양자화 한
Figure 112007088738274-PAT00012
을 역양자화 한다. 움직임 예측부(ME)는 역양자화 블록(DQ)이 역양자화 한
Figure 112007088738274-PAT00013
에 대한 움직임 예측을 하여 움직임 벡터를 산출한다. 움직임 보상부(MC)는 움직임 예측부(ME)가 산출한 움직임 벡터 및 재구조화된
Figure 112007088738274-PAT00014
을 기초로 움직임 보상을 수행하여 기준 영상 프레임을 산출한다.
가산기(S1)는 역양자화 블록(DQ)이 역양자화 한
Figure 112007088738274-PAT00015
에 음직임 보상부(MC)가 산출한 기준 영상 프레임을 감산하여 스위칭 프레임인 Sk-2,12를 산출한다. 양자화 블록(Q)은 가산기(S1)가 산출한 스위칭 프레임 Sk-2,12를 양자화 한다. 가변길이인코딩 블록(VLC)은 양자화 블록(Q)이 양자화 한 Sk-2,12에 대해 가변 길이 인코딩 변환을 수행한다. 가변 길이 인코딩 변환된 Sk-2,12는 스위칭 비트 스트림으로서 출력된다. 그리고 역양자화 블록(DQ)은 양자화 블록(Q)이 양자화 한 산출한 스위칭 프레임 Sk-2,12를 역양자화 한다. 버퍼(BUF)는 역양자화 블록(DQ)이 역양자화 한 Sk-2,12를 저장한다.
동일한 방식으로, 이산 코사인 블록(DCT)은
Figure 112007088738274-PAT00016
을 입력받아 이산 코사인 변환을 수행한다. 양자화 블록(Q)은 이산 코사인 블록(DCT)이 출력한 이산 코사인 변환된
Figure 112007088738274-PAT00017
을 양자화 한다. 역양자화 블록(DQ)은 양자화 블록(Q)이 양자화 한
Figure 112007088738274-PAT00018
을 역양자화 한다. 움직임 예측부(ME)는 역양자화 블록(DQ)이 역양자화 한
Figure 112007088738274-PAT00019
에 대한 움직임 예측을 하여 움직임 벡터를 산출한다. 움직임 보상부(MC)는 움직임 예측부(ME)가 산출한 움직임 벡터 및 재구조화된
Figure 112007088738274-PAT00020
을 기초로 움직임 보상을 수행하여 기준 영상 프레임을 산출한다. 가산기(S1)는 역양자화 블록(DQ)이 역양자화 한
Figure 112007088738274-PAT00021
에 음직임 보상부(MC)가 산출한 기준 영상 프레임을 감산하여 스위칭 프레임인 Sk-1,12를 산출한다.
동일한 방식으로, 이산 코사인 블록(DCT)은
Figure 112007088738274-PAT00022
을 입력받아 이산 코사인 변환을 수행한다. 양자화 블록(Q)은 이산 코사인 블록(DCT)이 출력한 이산 코사인 변환된
Figure 112007088738274-PAT00023
을 양자화 한다. 역양자화 블록(DQ)은 양자화 블록(Q)이 양자화 한
Figure 112007088738274-PAT00024
을 역양자화 한다. 움직임 예측부(ME)는 역양자화 블록(DQ)이 역양자화 한
Figure 112007088738274-PAT00025
에 대한 움직임 예측을 하여 움직임 벡터를 산출한다. 움직임 보상부(MC)는 움직임 예측부(ME)가 산출한 움직임 벡터 및 재구조화된
Figure 112007088738274-PAT00026
을 기초로 움직임 보상을 수행하여 기준 영상 프레임을 산출한다. 가산기(S1)는 역양자화 블록(DQ)이 역양자화 한
Figure 112007088738274-PAT00027
에 음직임 보상부(MC)가 산출한 기준 영상 프레임을 감산하여 스위칭 프레임인 Sk,12를 산출한다.
여기서, 양자화 블록(Q) 및 역 역양자화 블록(DQ)은 영상 프레임을 양자화 또는 역양자화기 위한 양자화 계수로 제 1비트스트림의 양자화 계수, 제 2비트스트림의 양자화 계수 또는 그들과 다른 제 3의 양자화 계수를 사용할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 비디오 스트림 전환 장치에 대한 바람직한 다른 실시예의 구성을 도시한 블록도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 비디오 스트림 전환 장치(600)는 제 1비트스트림으로부터 제 2비트스트림으로 스위칭되는 스위칭 비트스트림을 제 1비트스트림 및 제 2비트스트림의 양자화계수와 다른 양자화 계수를 사용하여 생성한다. 이를 위해 제 1디코더(610), 제 2디코더(620), 스위칭 비트스트림 생성부(630) 및 양자화 계수 산출부(640)를 구비한다.
제 1디코더(610), 제 2디코더(620) 및 스위칭 비트스트림 생성부(630)는 각각 본 발명에 따른 비디오 스트림 전환 장치(300)의 제 1디코더(310), 제 2디코더(320) 및 스위칭 비트스트림 생성부(330)와 대응하는 구성요소로서 여기서 구체적인 설명은 생략한다.
양자화 계수 산출부(640)는 스위칭 비트스트림을 양자화하기 위한 양자화 계수를 산출한다. 바람직한 일 실시예로, 양자화 계수 산출부(640)는 다음의 수학식 2를 만족하는 값을 산출하여 양자화 계수로 스위칭 비트스트림 생성부(630)에 출력한다.
Figure 112007088738274-PAT00028
여기서, Qk는 양자화 계수이고 Dk(Qk) 및 Rk(Qk)는 각각 왜곡 및 레이트 함수이며, Nps는 스위칭 스트림의 개수이고 RT는 목표 비트 레이트이다.
스위칭 프레임의 왜곡함수는 다음의 수학식 3과 같이 양자 왜곡 함수와 기준 영상 프레임의 전파 왜곡 함수의 합으로 구성된다.
Figure 112007088738274-PAT00029
여기서,
Figure 112007088738274-PAT00030
양자화에 의한 왜곡함수이고
Figure 112007088738274-PAT00031
는 전파에 의한 왜곡 함수 있다.
여기서 양자화에 의한 왜곡 함수는 다음의 수학식 4와 같이 2차원 함수 모델로 정의될 수 있다.
Figure 112007088738274-PAT00032
여기서 a1, a2는 상수값이다.
그리고 기준 영상 프레임으로부터 전파되는 왜곡 함수는 다음의 수학식 5로 나타내진다.
Figure 112007088738274-PAT00033
여기서, μprop는 전파의 정도를 나타내는 값이다.
QH 및 QL을 각각 높은 비트 레이트와 낮은 비트 레이트의 양자화 스텝 크기를 나타낸다고 하면, 서로 다른 양자화 계수로 압축된 비트 스트림의 초기 왜곡 함수를 다음의 수학식 6과 같다고 가정할 수 있다.
Figure 112007088738274-PAT00034
전체 왜곡함수는 다음의 수학식 7과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112007088738274-PAT00035
레이트 함수 Rk(Qk)는 다음의 수학식 8과 같이 정의된다.
Figure 112007088738274-PAT00036
여기서, b1, b2는 상수값이고
Figure 112007088738274-PAT00037
는
Figure 112007088738274-PAT00038
및
Figure 112007088738274-PAT00039
사이에 차이의 절대값을 의미한다.
양자화 계수 산출부(640)는 수학식 3과 수학식 8을 기초로 수학식 2를 만족하는 양자화 계수를 산출한다. 그러면, 스위칭 비트스트림 생성부(630)는 양자화 계수 산출부(640)가 산출한 양자화 계수로 스위칭 프레임을 양자화 하여 스위칭 비트스트림을 생성한다. 일예로 스위칭 비트스트림 생성부(630)의 양자화 블록(Q) 및 역 역양자화 블록(DQ)은 영상 프레임을 양자화 또는 역양자화기 위한 양자화 계수로 양자화 계수 산출부(640)가 출력한 양자화 계수를 사용한다. 이로써 본 발명에 따른 비디오 스트림 전환 장치는 영상 전체 비트 레이트를 증가시키지 않으면서 서로 다른 비트 레이트로 압축된 비트스트림 간의 전환을 수행하여 전환 시 발생 가 능한 비트레이트 증가를 방지할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 영상 전환 방법에 대한 바람직한 일 실시예의 수행과정을 도시한 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 제 1디코더(610) 및 제 2디코더(620)는 제 1비트스트림 및 제 2비트스트림을 각각 디코딩하여 제 1영상 프레임 및 제 2영상 프레임을 각각 산출한다(S710). 양자화 계수 산출부(640)는 스위칭 프레임을 양자화 하기 위한 양자화 계수를 산출한다(S720). 스위칭 비트스트림 생성부(630)는 제 1디코더(610) 및 제 2디코더(620)가 산출한 제 1영상 프레임 및 제 2영상 프레임을 기초로 제 1비트스트림으로부터 제 2비트스트림으로 스위칭을 지원하는 복수의 스위칭 프레임을 산출하는 스위칭 프레임을 산출한다(S730). 그리고 스위칭 비트스트림 생성부(630)는 산출한 스위칭 프레임을 포함하는 스위칭 비트스트림을 생성한다(S740).
도 8은 본 발명에 따른 비디오 스트림 전환 방법과 기존의 비디오 스트림 전환 방법으로 Foreman, News 및 Stefan 영상 각각에 대한 10번의 스위칭이 수행되도록 스위칭 스트림을 생성한 결과를 도시한 도면이다. 도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 비디오 스트림 전환 방법(830)은 기존의 비디오 스트림 전환 방법의 하나인 Periodic I-frames(810)에 비해 Foreman, News 및 Stefan 영상 각각에 대한 Total Bits 및 PSNRs의 값이 작거나 유사한 것을 알 수 있다. 또한 본 발명에 따른 비디오 스트림 전환 방법(830)은 기존의 비디오 스트림 전환 방법의 하나인 S-frames(820)에 비해 Foreman, News 및 Stefan 영상 각각에 대한 Total Bits 및 PSNRs의 값이 작은 것을 알 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 비디오 스트림 전환 방법과 기존의 비디오 스트림 전환 방법으로 Foreman, News 및 Stefan 영상 각각에 대한 스위칭 없이 스위칭 스트림을 생성한 결과를 도시한 도면이다. 도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 비디오 스트림 전환 방법은 기존의 비디오 스트림 전환 방법(930)의 하나인 Periodic I-frames(910)에 비해 Foreman, News 및 Stefan 영상 각각에 대한 Total Bits 및 PSNRs의 값이 작은 것을 알 수 있다. 또한 본 발명에 따른 비디오 스트림 전환 방법(930)은 기존의 비디오 스트림 전환 방법의 하나인 S-frames(920)에 비해 Foreman, News 및 Stefan 영상 각각에 대한 Total Bits 및 PSNRs의 값이 동일한 것을 알 수 있다.
도 10a는 본 발명에 따른 비디오 스트림 전환 방법과 기존의 비디오 스트림 전환 방법으로 각각 낮은 비트 레이트에서 높은 비트 레이트로의 비트스트림을 전환을 수행한 경우에 있어 각 비트 레이트의 변화를 비교한 그래프이고, 도 10b는 본 발명에 따른 비디오 스트림 전환 방법과 기존의 비디오 스트림 전환 방법으로 각각 높은 비트 레이트에서 낮은 비트 레이트로의 비트스트림을 전환을 수행한 경우에 있어 각 비트 레이트의 변화를 비교한 그래프이다.
도 10a 및 도 10b를 참조하면, 본 발명에 따른 비디오 스트림 전환 방법(1020, 1070)은 기존의 비디오 스트림 전환 방법의 하나인 S-frames(1010, 1060)에 비해 낮은 비트 레이트에서 높은 비트 레이트로의 비트스트림 전환 및 높은 비트 레이트에서 낮은 비트 레이트로의 비트스트림을 전환 시점의 각 프레임의 비트 레이트의 변화가 점진적인 것을 알 수 있다.
도 11a는 본 발명에 따른 비디오 스트림 전환 방법과 기존의 비디오 스트림 전환 방법으로 각각 낮은 비트 레이트에서 높은 비트 레이트로의 비트스트림을 전환을 수행한 경우에 있어 각 PSNR의 변화를 비교한 그래프이고 도 11b는 본 발명에 따른 비디오 스트림 전환 방법과 기존의 비디오 스트림 전환 방법으로 각각 높은 비트 레이트에서 낮은 비트 레이트로의 비트스트림을 전환을 수행한 경우에 있어 각 PSNR의 변화를 비교한 그래프이다.
도 11a 및 도 11b를 참조하면, 본 발명에 따른 비디오 스트림 전환 방법(1120, 1170)은 기존의 비디오 스트림 전환 방법의 하나인 S-frames(1110, 1160)에 비해 낮은 비트 레이트에서 높은 비트 레이트로의 비트스트림 전환 및 높은 비트 레이트에서 낮은 비트 레이트로의 비트스트림을 전환을 수행 시점의 각 프레임의 PSNR 값이 작은 것을 알 수 있다.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 장치에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 장치에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발 명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
최근 들어 인터넷은 실시간 멀티미디어 전송에 있어서 급격한 양적 팽창을 겪어왔는데 주로 라이브 전송이나 미리 기록된 소스로부터의 전송 등 스트림화 된 오디오 비주얼 콘텐츠의 형태를 이루어 왔다. 더욱이 스트리밍이나 화상 회의 같은 종래의 멀티미디어 형태들은 인터넷 다중 채널 텔레비전이나 복합 침수 환경(complex immersive environments)들과 같은 보다 풍부한 콘텐츠를 가진 응용들이 그 뒤를 좇고 있다. 이러한 트래픽의 증가는 네트워크에 부담을 줄 것이고 따라서 네트워크의 안정성이 유지되기 위해서 네트워크의 폭주에 응답하도록 설계된 응용 프로그램이 요구된다.
또한 현재의 인터넷이 본질적으로 잡다하고 동적인 최선의 네트워크이므로, 통상, 채널 대역폭은 64kbps에서 1Mbps까지의 데이터 비트 레이트의 범위에서 변동한다. 특히, 이종망을 지원하는 무선 통신 서비스가 실행됨에 따라 대역폭이 다양하게 변하는 무선 네트워크를 통해 영상 신호를 전송하기 위해서는 각 무선 네트워크의 대역폭에 비트 레이트를 맞추어 비디오 스트림을 전송해야 한다. 이는, 사용자에게 원활한 플레이백 경험 및 가장 유용한 화질을 제공함에 있어 비디오 코딩 및 스트리밍 기술에 중요한 문제점을 가져온다. 따라서 네트워크의 조건들이 감시 되고 출력 비트율이 가용 대역폭에 맞추어 조정되도록 하는 것이 필요하다.
본 발명에 따른 비디오 스트림 전환 장치 및 방법은 이러한 다양하고 동적인 대역폭을 갖는 네트워크로 구성되는 인터넷 환경에 맞추어 적응적으로 비트스트림의 비트 레이트를 조정하여 전송하는데 이용될 수 있다.
도 1은 배경 기술의 움직임 추정 처리를 도시한 도면,
도 2a는 본 발명의 일 실시예의 사용하기 적당한 바람직한 컴퓨팅 환경의 일예를 도시한 블록도,
도 2b는 본 발명의 일 실시예의 사용하기 적당한 바람직한 컴퓨팅 환경의 다른 예를 도시한 블록도,
도 2c는 본 발명의 일 실시예의 사용하기 적당한 바람직한 컴퓨팅 환경의 또 다른 예를 도시한 블록도,
도 3은 본 발명에 따른 비디오 스트림 전환 장치에 대한 바람직한 일 실시예의 구성을 도시한 블록도,
도 4는 본 발명에 따른 비디오 스트림 전환 장치의 디코더의 일 실시예의 구성을 도시한 블록도,
도 5a는 제 1비트스트림 및 제 2비트스트림의 프레임 각각에 대응하는 스위칭 프레임을 도시한 도면,
도 5b는 본 발명에 따른 비디오 스트림 전환 장치의 스위칭 비트스트림 생성부의 일 실시예의 구성을 도시한 블록도,
도 6은 본 발명에 따른 비디오 스트림 전환 장치에 대한 바람직한 다른 실시예의 구성을 도시한 블록도,
도 7은 본 발명에 따른 영상 전환 방법에 대한 바람직한 일 실시예의 수행과정을 도시한 흐름도,
도 8은 본 발명에 따른 비디오 스트림 전환 방법과 기존의 비디오 스트림 전환 방법으로 Foreman, News 및 Stefan 영상 각각에 대한 10번의 스위칭이 수행되도록 스위칭 스트림을 생성한 결과를 도시한 도면,
도 9는 본 발명에 따른 비디오 스트림 전환 방법과 기존의 비디오 스트림 전환 방법으로 Foreman, News 및 Stefan 영상 각각에 대한 스위칭 없이 스위칭 스트림을 생성한 결과를 도시한 도면,
도 10a는 본 발명에 따른 비디오 스트림 전환 방법과 기존의 비디오 스트림 전환 방법으로 각각 낮은 비트 레이트에서 높은 비트 레이트로의 비트스트림을 전환을 수행한 경우에 있어 각 비트 레이트의 변화를 비교한 그래프,
도 10b는 본 발명에 따른 비디오 스트림 전환 방법과 기존의 비디오 스트림 전환 방법으로 각각 높은 비트 레이트에서 낮은 비트 레이트로의 비트스트림을 전환을 수행한 경우에 있어 각 비트 레이트의 변화를 비교한 그래프,
도 11a는 본 발명에 따른 비디오 스트림 전환 방법과 기존의 비디오 스트림 전환 방법으로 각각 낮은 비트 레이트에서 높은 비트 레이트로의 비트스트림을 전환을 수행한 경우에 있어 각 PSNR의 변화를 비교한 그래프, 그리고
도 11b는 본 발명에 따른 비디오 스트림 전환 방법과 기존의 비디오 스트림 전환 방법으로 각각 높은 비트 레이트에서 낮은 비트 레이트로의 비트스트림을 전환을 수행한 경우에 있어 각 PSNR의 변화를 비교한 그래프이다.

Claims (8)

  1. 제 1비트스트림으로부터 제 2비트스트림으로 스위칭되는 스위칭 비트스트림을 생성하는 비디오 스트림 전환 장치에 있어서,
    상기 제 1비트스트림과 제 2 비트스트림을 기초로 상기 제 1비트스트림으로부터 상기 제 2비트스트림으로 스위칭을 지원하는 복수의 스위칭 프레임을 산출하여 이를 포함하는 스위칭 비트스트림을 생성하는 스위칭 비트스트림 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 스트림 전환 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 스위칭 비트스트림 생성부는,
    제 1비트스트림과 제 2비트스트림 간의 스위칭 시점의 제 2비트스트림의 프레임을 기준으로 역방향으로 상기 제 2비트스트림의 프레임과 제 1비트스트림의 해당 프레임 각각에 대응하는 스위칭 프레임을 산출하는 것을 특징으로 하는 비디오 스트림 전환 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 스위칭 비트스트림 생성부는,
    상기 스위칭 프레임을 다음의 수학식에 의해 산출하는 것을 특징으로 하는 비디오 스트림 전환 장치:
    Figure 112007088738274-PAT00040
    여기서, k는 제 1비트스트림과 제 2비트스트림 간의 스위칭 시점의 제 2비트스트림의 프레임의 순번이고,
    Figure 112007088738274-PAT00041
    는 제 2비트스트림의 k번째 영상 프레임이 재구조화된 영상 프레임이며, Sk,12는 상기 제 2비트스트림의 프레임에 대응하는 스위칭 프레임이고, Sk-1,12는 Sk,12의 전 스위칭 프레임이고
    Figure 112007088738274-PAT00042
    는 제 1비트스트림의 k-2번째 영상 프레임이 재구조화된 영상 프레임이다.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스위칭 비트스트림 생성부는,
    상기 제 1비트스트림 및 제 2비트스트림의 양자화계수와 다른 양자화 계수로 상기 스위칭 프레임을 양자화 하여 상기 스위칭 비트스트림을 생성하는 것을 특징으로 하는 비디오 스트림 전환 장치.
  5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비디오 스트림 전환 장치는,
    다음의 수학식을 기초로 양자화 계수를 산출하는 양자화 계수 산출부;를 더 포함하고,
    상기 스위칭 비트스트림 생성부는 상기 산출된 양자화 계수로 상기 스위칭 프레임을 양자화 하여 상기 스위칭 비트스트림을 생성하는 것을 특징으로 하는 비 디오 스트림 전환 장치:
    Figure 112007088738274-PAT00043
    여기서, Qk는 양자화 계수이고 Dk(Qk) 및 Rk(Qk)는 각각 왜곡 및 레이트 함수이며, Nps는 스위칭 스트림의 개수이고 RT는 목표 비트 레이트이다.
  6. 제 1비트스트림으로부터 제 2비트스트림으로 스위칭되는 스위칭 비트스트림을 생성하는 비디오 스트림 전환 방법에 있어서,
    상기 제 1비트스트림 및 제 2비트스트림을 각각 디코딩하여 제 1영상 프레임 및 제 2영상 프레임을 각각 산출하는 디코딩 단계;
    상기 산출된 제 1영상 프레임 및 제 2영상 프레임을 기초로 상기 제 1비트스트림으로부터 상기 제 2비트스트림으로 스위칭을 지원하는 복수의 스위칭 프레임을 산출하는 스위칭 프레임 산출단계; 및
    상기 산출된 스위칭 프레임을 포함하는 스위칭 비트스트림을 생성하는 스위칭 비트스트림 생성단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 스트림 전환 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 스위칭 프레임 산출단계에서,
    복수의 스위칭 프레임은 다음의 수학식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 비디오 스트림 전환 방법:
    Figure 112007088738274-PAT00044
    여기서, k는 제 1비트스트림과 제 2비트스트림 간의 스위칭 시점의 제 2비트스트림의 프레임의 순번이고,
    Figure 112007088738274-PAT00045
    는 제 2비트스트림의 k번째 영상 프레임이 재구조화된 영상 프레임이며, Sk,12는 상기 제 2비트스트림의 프레임에 대응하는 스위칭 프레임이고, Sk-1,12는 Sk,12의 전 스위칭 프레임이고
    Figure 112007088738274-PAT00046
    는 제 1비트스트림의 k-2번째 영상 프레임이 재구조화된 영상 프레임이다.
  8. 제 6항 또는 제 7항에 있어서,
    상기 비디오 스트림 전환 방법은,
    상기 산출된 스위칭 프레임을 양자화하기 위한 양자화 계수를 다음의 수학식을 기초로 산출하는 양자화 계수 산출단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 스트림 전환 방법:
    Figure 112007088738274-PAT00047
    여기서, Qk는 양자화 계수이고 Dk(Qk) 및 Rk(Qk)는 각각 왜곡 및 레이트 함수이며, Nps는 스위칭 스트림의 개수이고 RT는 목표 비트 레이트이다.
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