KR20130015762A - 참조 프레임을 압축하여 저장하는 영상 부호화/복호화 장치 - Google Patents

참조 프레임을 압축하여 저장하는 영상 부호화/복호화 장치 Download PDF

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Abstract

영상의 부호화/복호화 기술에 있어서, 참조 프레임을 적응적으로 압축하여 메모리에 저장할 수 있는 영상 부호화/복호화 장치가 개시된다. 영상 부호화/복호화 장치에 있어서, 참조 프레임을 저장하는 메모리 압축단위를 지정하고 메모리 압축단위에서 맨 앞의 픽셀에는 원본 픽셀값을 원본 비트단위(B)로 할당하고, 맨 앞의 픽셀을 제외한 나머지 픽셀들에는 해당 픽셀의 바로 앞에 위치한 픽셀의 복원 픽셀값과 해당 픽셀의 값과의 차이값인 차분치를 소정의 비트수인 압축 비트단위(N)로 순차적으로 할당하여 참조 프레임을 압축하는 메모리 압축부와 메모리 압축부에 의해 압축된 참조 프레임을 저장하는 메모리 및 메모리 압축단위에서 맨 앞의 픽셀에는 원본 픽셀값을 그대로 할당하고, 나머지 픽셀에서 해당 픽셀의 값은 해당 픽셀의 바로 앞에 위치한 픽셀의 복원 픽셀값에 압축 비트단위(N)로 할당된 차분치를 더한값을 순차적으로 할당하여 압축된 참조 프레임을 복원하는 메모리 복원부를 포함하는 참조 프레임을 압축하여 저장하는 영상 부호화/복호화 장치를 제공한다.

Description

참조 프레임을 압축하여 저장하는 영상 부호화/복호화 장치{ENCODING/DECODING APPARATUS WITH REFERENCE FRAME COMPRESSION}
본 발명은 영상의 부호화 및 복호화 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 참조 프레임을 적응적으로 압축하여 메모리에 저장하는 영상 부호화 및 복호화 장치에 관한 것이다.
전화와 팩시밀리에서부터 시작하여 근래의 DMB, 휴대전화, 인터넷 통신망에서 다루는 정보 미디어는 점차 대용량화로 진전되고 있다. 이에 따라, 고속의 멀티미디어 데이터 통신에 대한 관심과 요구가 증대되고 있으며, 유·무선 데이터 송수신의 전송속도가 비약적으로 향상됨에 따라 데이터 크기가 큰 동영상 데이터까지도 유·무선 통신 네트워크를 통해 실시간으로 송수신할 수 있게 되었다.
또한, 최근에는 스마트폰과 스마트TV의 등장으로 인하여 유·무선 통신 네트워크를 통한 동영상 데이트의 이용이 폭발적으로 증가하고 있는 추세이다.
영상의 부호화/복호화 장치에 있어서, 예측 영상으로부터 복원된 영상을 저장하기 위한 프레임 메모리를 필요로 한다. 일반적인 휴대용 영상기기는 외부 프레임 메모리를 사용하는 경우 많은 전력을 소모시킨다. 또한, 최근에 디지털 캠코더, 휴대폰, 스마트폰, PMP 등의 휴대용 영상기기의 보급이 확대되고 있으며, 이들 장치에서 동작 가능한 저전력, 저복잡도의 영상 코덱에 대한 연구가 필요한 실정이다. 휴대용 영상기기는 제한된 환경에서 동작하기 때문에 메모리 사용 및 전력의 사용이 중요한 고려사항이 되고 있다.
국제 표준화 기구 중 MPEG 표준에서는 화면내 부호화(intra coded frame : I 프레임), 예측부호화(predictive coded frame : P 프레임), 양방향 예측부호화(bi-directionally-predicitve coded frame : B 프레임)의 세가지 형태의 예측 부호화 방식을 사용하며, P 프레임 및 B 프레임은 움직임 추정 및 보상 기술을 이용하여 높은 압축 효율을 달성한다.
또한, 현재 상용화되어 있는 H.264/AVC는 영상의 압축 성능의 향상을 위하여, 여러 장의 참조 프레임 및 다양한 매크로블록 모드를 지원하며, 화질의 향상을 위하여 디블록킹 필터를 사용한다. 이러한 방법들은 부호화의 복잡도가 높을 뿐만 아니라 메모리의 대역폭을 증가시키는 문제점이 있다. 따라서, 참조 프레임을 저장하기 전에 압축을 수행하고, 참조 프레임을 참조하기 전에 영상을 복호화하는 것이 필요하다. 따라서, 참조 프레임을 적응적으로 압축하여 저장하는 기술은 H.264/AVC뿐만 아니라 차세대 코덱(HEVC)에 있어서도 활용될 수 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 영상의 부호화 기술에 있어서, 참조 프레임을 적응적으로 압축하여 메모리에 저장할 수 있는 영상 부호화 장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은, 영상의 복호화 기술에 있어서, 참조 프레임을 적응적으로 압축하여 메모리에 저장할 수 있는 영상 복호화 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 영상 부호화 장치에 있어서, 참조 프레임을 저장하는 메모리 압축단위를 지정하고 메모리 압축단위에서 맨 앞의 픽셀에는 원본 픽셀값을 원본 비트단위(B)로 할당하고, 맨 앞의 픽셀을 제외한 나머지 픽셀들에는 해당 픽셀의 바로 앞에 위치한 픽셀의 복원 픽셀값과 해당 픽셀의 값과의 차이값인 차분치를 소정의 비트수인 압축 비트단위(N)로 순차적으로 할당하여 참조 프레임을 압축하는 메모리 압축부와 메모리 압축부에 의해 압축된 참조 프레임을 저장하는 메모리 및 메모리 압축단위에서 맨 앞의 픽셀에는 원본 픽셀값을 그대로 할당하고, 나머지 픽셀에서 해당 픽셀의 값은 해당 픽셀의 바로 앞에 위치한 픽셀의 복원 픽셀값에 압축 비트단위(N)로 할당된 차분치를 더한값을 순차적으로 할당하여 압축된 참조 프레임을 복원하는 메모리 복원부를 포함하는 참조 프레임을 압축하여 저장하는 영상 부호화 장치를 제공한다.
여기서, 복원 픽셀값은 해당 픽셀의 바로 앞에 위치한 픽셀이 그 이전의 픽셀로부터 복원된 값인 것을 특징으로 한다.
여기서, 메모리 압축부에서 차분치는 압축 비트단위(N)에 상응하는 양자화 테이블에서 가장 가까운 값으로 할당된다.
여기서, 메모리 압축부는 해당 픽셀의 값과 해당 픽셀의 바로 앞에 위치한 픽셀의 값에 압축 비트단위(N)로 할당된 차분치를 더한값과의 차이에 해당하는 오차를 순차적으로 산출하여 합산한 결과가 미리 설정된 값보다 큰 경우에는 압축 비트단위(N)의 비트수를 증가시켜 차분치를 할당하고, 압축 비트단위(N)에 대한 정보값(b)를 함께 저장하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 메모리 압축부는 가로방향 또는 세로방향으로 각각 참조 프레임의 압축을 수행하고, 차분치를 압축 비트단위(N)로 할당하는 과정에서 발생하는 오차를 합산한 값이 작은 방향을 메모리 압축방향으로 결정할 수 있다.
여기서, 메모리 압축부는 차분치가 미리 설정된 값보다 커지면, 해당 픽셀과 해당 픽셀의 바로 앞에 위치한 픽셀의 사이가 이미지 경계인 것으로 결정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면은 영상 복호화 장치에 있어서, 참조 프레임을 저장하는 메모리 압축단위를 지정하고 메모리 압축단위에서 맨 앞의 픽셀에는 원본 픽셀값을 원본 비트단위(B)로 할당하고, 맨 앞의 픽셀을 제외한 나머지 픽셀들에는 해당 픽셀의 바로 앞에 위치한 픽셀의 복원 픽셀값과 해당 픽셀의 값과의 차이값인 차분치를 소정의 비트수인 압축 비트단위(N)로 순차적으로 할당하여 참조 프레임을 압축하는 메모리 압축부와 메모리 압축부에 의해 압축된 참조 프레임을 저장하는 메모리 및 메모리 압축단위에서 맨 앞의 픽셀에는 원본 픽셀값을 그대로 할당하고, 나머지 픽셀에서 해당 픽셀의 값은 해당 픽셀의 바로 앞에 위치한 픽셀의 복원 픽셀값에 압축 비트단위(N)로 할당된 차분치를 더한값을 순차적으로 할당하여 압축된 참조 프레임을 복원하는 메모리 복원부를 포함하는 참조 프레임을 압축하여 저장하는 영상 복호화 장치를 제공한다.
상기와 같은 본 발명에 따른 참조 프레임을 압축하여 저장하는 영상 부호화/복호화 장치를 이용할 경우에는 참조 프레임을 저장하는 메모리의 양을 감소시키며, 메모리의 대역폭을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 참조 프레임을 압축하여 저장하는 영상 부호화/복호화 장치를 이용할 경우에는 참조 프레임의 특성에 따라 메모리의 압축방법을 적응적으로 선택할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 복호화 장치의 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 참조 프레임을 압축하여 저장하는 방법의 실시 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 참조 프레임을 압축하여 저장하는데 있어 사용되는 양자화 테이블이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따라 참조 프레임을 압축하여 저장하는 방법의 실시 개념도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 참조 프레임을 압축하여 저장하는 방법의 실시 개념도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서 후술할 영상 부호화 장치(Video Encoding Apparatus), 영상 복호화 장치(Video Decoding Apparatus)는 개인용 컴퓨터(PC: Personal Computer), 노트북 컴퓨터, 개인 휴대 단말기(PDA: Personal Digital Assistant), 휴대형 멀티미디어 플레이어(PMP: Portable Multimedia Player), 플레이스테이션 포터블(PSP: PlayStation Portable), 무선 통신 단말기(Wireless Communication Terminal), 스마트폰(Smart Phone), TV 등과 같은 사용자 단말기이거나 응용 서버와 서비스 서버 등 서버 단말기일 수 있으며, 각종 기기 또는 유무선 통신망과 통신을 수행하기 위한 통신 모뎀 등의 통신 장치, 영상을 부호화하거나 복호화하거나 부호화 또는 복호화를 위해 화면간 또는 화면내 예측하기 위한 각종 프로그램과 데이터를 저장하기 위한 메모리, 프로그램을 실행하여 연산 및 제어하기 위한 마이크로프로세서 등을 구비하는 다양한 장치를 의미할 수 있다.
또한, 영상 부호화 장치에 의해 비트스트림으로 부호화된 영상은 실시간 또는 비실시간으로 인터넷, 근거리 무선 통신망, 무선랜망, 와이브로망, 이동통신망 등의 유무선 통신망 등을 통하거나 케이블, 범용 직렬 버스(USB: Universal Serial Bus) 등과 같은 다양한 통신 인터페이스를 통해 영상 복호화 장치로 전송되어 영상 복호화 장치에서 복호화되어 영상으로 복원되고 재생될 수 있다.
통상적으로 동영상은 일련의 픽처(Picture)로 구성될 수 있으며, 각 픽처들은 프레임 또는 블록(Block)과 같은 소정의 영역으로 분할될 수 있다. 영상의 영역이 블록으로 분할되는 경우에는 분할된 블록은 부호화 방법에 따라 크게 화면내 블록(Intra Block), 인터 블록(Inter Block)으로 분류될 수 있다. 화면내 블록은 화면내 예측 부호화(Intra Prediction Coding) 방식을 사용하여 부호화되는 블록을 뜻하는데, 화면내 예측 부호화란 현재 부호화를 수행하는 현재 픽처 내에서 이전에 부호화되고 복호화되어 복원된 블록들의 화소를 이용하여 현재 블록의 화소를 예측함으로써 예측 블록을 생성하고 현재 블록의 화소와의 차분값을 부호화하는 방식이다. 인터 블록은 인터 예측 부호화(Inter Prediction Coding)를 사용하여 부호화되는 블록을 뜻하는데, 인터 예측 부호화란 하나 이상의 과거 픽처 또는 미래 픽처를 참조하여 현재 픽처 내의 현재 블록을 예측함으로써 예측 블록을 생성하고 현재 블록과의 차분값을 부호화하는 방식이다. 여기서, 현재 픽처를 부호화하거나 복호화하는데 참조되는 프레임을 참조 프레임(Reference Frame)이라고 한다. 또한, 이하에 기재된 "픽처(picture)"이라는 용어는 영상(image), 프레임(frame) 등과 같은 동등한 의미를 갖는 다른 용어로 대치되어 사용될 수 있음을 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치의 블록 구성도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 부호화 장치(100)는 감산기(110), 변환부(120), 양자화부(130), 엔트로피 부호부(140), 역변환부(121), 역양자화부(131), 가산기(150), 메모리 압축부(160), 메모리(161), 메모리 복원부(162) 및 예측부(170)를 포함하여 구성될 수 있다.
감산기(110)는 제공받은 입력 영상인 부호화할 대상 영상(현재 영상)으로부터 예측부(170)에 의해 생성된 예측 영상을 감산함으로써 현재 영상과 예측 영상 간의 잔차 영상(residue image)를 생성한다.
변환부(120)는 감산기(110)에 의해 생성된 잔차 영상을 공간 영역에서 주파수 영역으로 변환하는 기능을 한다. 여기서, 변환부(120)는 하다마드 변환, 이산 여현 변환(Discrete Cosine Transform) 등과 같이 공간축의 화상 신호를 주파수축으로 변환하는 기법을 이용하여 잔차 영상을 주파수 영역으로 변환할 수 있다.
양자화부(130)는 변환부(120)로부터 제공되는 변환된 데이터(주파수 계수)에 대해 양자화를 수행한다. 즉, 양자화부(130)는 변환부(120)에 의해 변환된 데이터인 주파수 계수들을 양자화 스텝사이즈(Quantization Step-Size)로 나누어 근사화하여 양자화 결과값을 산출한다.
엔트로피 부호부(140)는 양자화부(130)에 의하여 산출된 양자화 결과값을 엔트로피 부호화함으로써 비트스트림을 생성한다. 또한, 엔트로피 부호부(140)는 양자화부(130)에 의해 산출된 양자화 결과값을 CAVLC(Context-Adaptive Variable Length Coding) 또는 CABAC(Context-Adaptive Binary Arithmetic Coding) 기법 등을 이용하여 엔트로피 부호화할 수 있으며, 양자화 결과값 이외에 영상을 복호화하는데 필요한 정보인 참조 프레임의 색인정보, 움직임 벡터의 정보 등을 엔트로피 부호화할 수 있다.
역양자화부(131)는 양자화부(130)에 의해 산출된 양자화 결과값을 역양자화한다. 즉, 역양자화부(131)는 양자화 결과값으로부터 주파수 영역의 값(주파수 계수)를 복원한다.
역변환부(121)는 역양자화부(131)에 제공받은 주파수 영역의 값(주파수 계수)을 주파수 영역에서 공간 영역으로 변환함으로써 잔차 영상을 복원하고, 가산기(150)는 예측부(170)에 의해 생성된 예측 영상에 역변화부(121)에 의해 복원된 잔차 영상을 가산함으로써 입력 영상의 복원 영상을 생성시켜, 이를 메모리 압축부(160)로 제공한다.
메모리 압축부(160)는 현재 영상의 복원 영상을 압축하여 메모리(161)에 저장한다. 특히, 본 발명에 따른 메모리 압축부(160)는 참조 프레임을 저장하는 메모리 압축단위를 지정하고 메모리 압축단위에서 맨 앞의 픽셀에는 원본 픽셀값을 원본 비트단위(B)로 할당하고, 맨 앞의 픽셀을 제외한 나머지 픽셀에서 해당 픽셀의 바로 앞에 위치한 픽셀의 복원 픽셀값과 해당 픽셀의 값과의 차이값인 차분치를 압축 비트단위(N)로 순차적으로 할당하여 참조 프레임을 압축한다. 단, 해당 픽셀의 바로 앞에 위치한 픽셀이 맨 앞의 픽셀인 경우에는 맨 앞의 픽셀의 원본 픽셀값과의 차이값을 차분치로 한다. 즉, 메모리 압축부(160)는 메모리 압축단위로 압축된 참조 프레임을 메모리(161)에 저장시킨다.
또한, 메모리(161)로부터 압축된 참조 프레임을 제공받은 메모리 복원부(162)는 메모리 압축단위에서 맨 앞의 픽셀에는 원본 픽셀값을 그대로 할당하고, 나머지 픽셀에서 해당 픽셀의 값은 해당 픽셀의 바로 앞에 위치한 픽셀의 복원 픽셀값에 압축 비트단위(N)로 할당된 차분치를 더한값을 순차적으로 할당하여 압축된 참조 프레임을 복원한다.
메모리 복원부(162)에서 복원된 참조 프레임은 예측부(170)로 제공되어 예측 영상을 생성하기 위해 이용된다.
즉, 메모리 압축부(160)는 현재 영상을 압축하여 메모리(161)에 저장하도록 함으로써, 메모리 대역폭을 줄일 수 있다. 또한, 메모리 대역폭을 줄여줌으로써 영상 부호화 장치의 성능을 향상시킴과 동시에 소모 전력을 감소시킬 수 있다.
예측부(170)는 화면내 예측(Intra Prediction)을 수행하는 화면내 예측부와 화면간 예측(Inter Prediction)을 수행하는 화면간 예측부를 포함하여 구성될 수 있다. 화면내 예측부는 현재 영상 내에서 이전에 부호화되고 복호화되어 복원된 블록들의 픽셀를 이용하여 예측 블록을 생성하고, 화면간 예측부는 하나 이상의 과거 또는 미래 영상을 참조하여 현재 영상내의 예측 블록을 생성한다. 즉, 예측부(170)는 화면내 또는 화면간 예측을 수행하여 예측 영상을 생성하는 기능을 한다.
따라서, 본 발명은 영상 부호화 장치에 있어서, 참조 프레임을 저장하는 메모리 압축단위를 지정하고 메모리 압축단위에서 맨 앞의 픽셀에는 원본 픽셀값을 원본 비트단위(B)로 할당하고, 맨 앞의 픽셀을 제외한 나머지 픽셀에서 해당 픽셀의 바로 앞에 위치한 픽셀의 복원 픽셀값과 해당 픽셀의 값과의 차이값인 차분치를 압축 비트단위(N)로 순차적으로 할당하여 참조 프레임을 압축하는 메모리 압축부(160)와 메모리 압축부(160)에 의해 압축된 참조 프레임을 저장하는 메모리(161) 및 메모리 압축단위에서 맨 앞의 픽셀에는 원본 픽셀값을 그대로 할당하고, 나머지 픽셀에서 해당 픽셀의 값은 해당 픽셀의 바로 앞에 위치한 픽셀의 복원 픽셀값에 압축 비트단위(N)로 할당된 차분치를 더한값을 순차적으로 할당하여 압축된 참조 프레임을 복원하는 메모리 복원부(162)를 포함하는 참조 프레임을 압축하여 저장하는 영상 부호화 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 원본 비트단위(B)는 압축 비트단위(C)보다 큰 것을 특징으로 한다. 즉, 원본 비트단위(B)가 압축 비트단위(C)보다 더 크도록 하여 차분치를 저장함에 의하여 압축의 효율을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 메모리 압축부(160)에서 차분치가 압축 비트단위(N)에 상응하는 양자화 테이블에서 할당되는 것을 특징으로 하는 참조 프레임을 압축하여 저장하는 영상 부호화 장치를 제공한다.
특히, 본 발명에서 제공하는 메모리 압축부(160)는 해당 픽셀의 값과 해당 픽셀의 바로 앞에 위치한 픽셀의 복원 픽셀값에 압축 비트단위(N)로 할당된 차분치를 더한값과의 차이에 해당하는 오차를 순차적으로 산출하여 합산한 결과가 미리 설정된 값보다 큰 경우에는 압축 비트단위(N)의 비트수를 증가시켜 차분치를 할당하고, 압축 비트단위(N)에 대한 정보값(b)를 함께 저장하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 참조 프레임을 압축하여 저장하는 방법의 실시예 #1
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 참조 프레임을 압축하여 저장하는 방법의 실시 개념도이다. 도 3을 참조하면, 메모리 압축부(160)는 예측부(170)에 의해 생성된 예측 영상과 역변환부(121)로부터 제공되는 복원된 잔차 영상을 가산한 참조 프레임을 압축하여 메모리(161)에 저장한다. 메모리 압축부(160)는 메모리 압축단위를 지정하여 압축할 수 있다. 도 3에 도시된 개념도를 참조하면, 메모리 압축단위는 1×8로 지정되었으나, 이에 한정되지 않는다. 여기서, B는 원본 비트단위를 나타내고, N은 압축 비트단위를 나타내며, b는 압축 비트단위(N)에 대한 정보값을 나타낸다. 또한, 화살표는 해당 픽셀값의 바로 앞에 위치한 픽셀값과 해당 픽셀값의 차이값을 연산하는 방향인 차분 방향을 나타낸다. 메모리 압축단위에 있어서, 맨 앞의 픽셀에는 원본 픽셀값을 원본 비트단위(B)로 할당하고, 맨 앞의 픽셀을 제외한 나머지 픽셀에서 해당 픽셀의 바로 앞에 위치한 픽셀의 복원 픽셀값과 해당 픽셀의 값과의 차이값인 차분치를 압축 비트단위(N)로 순차적으로 할당한다. 즉, 해당 픽셀이 두 번째 픽셀이라고 하면, 맨 앞의 픽셀값과 두 번째 픽셀값과의 차이값인 차분치를 두 번째 픽셀에 할당한다. 마찬가지로, 해당 픽셀이 세 번째 픽셀이라고 하면, 맨 앞의 픽셀값에 두 번째 픽셀에 할당된 차분치를 더한 픽셀의 복원 픽셀값과 세 번째 픽셀값과의 차이값인 차분치를 세 번째 픽셀에 할당한다. 이 때, 맨 앞의 픽셀값은 원본 비트단위(B)로 할당하고, 차분치는 압축 비트단위(N)로 순차적으로 할당한다.
예를 들어 설명하면, 원본 비트단위(B)를 8비트로 하면 압축 비트단위(N)는 8비트보다 작은 1~7비트로 지정할 수 있다. 여기서, 압축 비트단위(N)를 3,4,5,6비트의 4 가지 비트수로 지정했다고 가정한다. 맨 앞의 픽셀에는 원본 픽셀값을 원본 비트단위(B)인 8비트로 할당하고, 맨 앞의 픽셀을 제외한 나머지 픽셀에는 해당 픽셀의 바로 앞에 위치한 픽셀의 복원 픽셀값과 해당 픽셀의 값과의 차이값인 차분치를 압축 비트단위(N)중 가장 작은 비트수인 3비트로 순차적으로 할당한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 참조 프레임을 압축하여 저장하는데 있어 사용되는 양자화 테이블이다. 도 4을 참조하면, 압축 비트단위(N)가 3,4,5,6 일 때, 왼쪽으로부터 각각의 양자화 값의 예를 나타낸다. 압축 비트단위(N)가 3비트이면 양자화 값이 8개가 할당될 수 있고, 4이면 양자화 값이 16개 할당될 수 있다. 즉, 압축 비트단위(N)에 따라 양자화 값은 2N 개가 할당될 수 있으므로, 압축 비트단위(N)을 크게 하면 양자화 과정에서 발생하는 오차를 줄일 수 있는 반면에, 압축의 효율은 감소하게 된다. 압축 비트단위(N)을 3비트로 하면 양자화 테이블에 의한 양자화 값은 {-3, -2, -1, 0, 1 ,2, 3, 4}이고, 차이값 -4가 발생하면 양자화 값인 -3을 차분치로 할당함으로 실제값과 1의 오차가 발생하게 된다. 따라서, 해당 픽셀값과 해당 픽셀의 바로 앞에 위치한 픽셀의 복원 픽셀값에 상기 압축 비트단위(N)로 할당된 차분치를 더한값(해당 픽셀의 픽셀의 복원 픽셀값)과의 차이에 해당하는 오차를 순차적으로 산출하여 합산한 결과가 미리 설정된 값보다 큰 경우에는 압축 비트단위(N)의 비트수를 증가시켜 압축을 수행한다. 즉, 압축 비트단위(N)을 3비트로 한 후에 압축을 수행하는 과정에서 발생한 오차의 합계가 미리 설정된 값보다 큰 경우에는 압축 비트단위(N)을 4, 5, 6으로 순차적으로 증가시키면서 압축을 수행한다. 또한, 메모리 압축부(160)는 압축 비트단위(N)에 대한 정보값(b)을 함께 저장할 수 있도록 한다. 예를 들어, 압축 비트단위(N)에 대한 정보값(b)은 지정된 압축 비트단위(N)에 대해 표시하는 값으로, 압축 비트단위(N)이 3,4,5,6에서 지정된다고 하면, 3일 때 00, 4일 때 01, 5일 때 10, 6일 때 11과 같이 2비트로 표시될 수 있다.
예를 들어, 메모리 압축단위가 1×8로 지정되고, 원본 비트단위(B)가 8비트, 압축 비트단위(N)가 3비트, 압축 비트단위(N)에 대한 정보값(b)이 2비트로 지정되면, 8+(3×7)+2=31 비트의 메모리가 필요하므로 4바이트의 메모리가 할당되도록 할 수 있다. 또는, 메모리 압축단위가 1×8로 지정되고, 원본 비트단위(B)가 8비트, 압축 비트단위(N)가 4비트, 압축 비트단위(N)에 대한 정보값(b)이 2비트로 지정되면, 8+(4×7)+2=38 비트의 메모리가 필요하므로 5바이트의 메모리가 할당되도록 할 수 있다.
본 발명에 따른 참조 프레임을 압축하여 저장하는 방법의 실시예 #2
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따라 참조 프레임을 압축하여 저장하는 방법의 실시 개념도이다. 도 5를 참조하면, 본 발명이 제공하는 메모리 압축부(160)는 메모리 압축방향으로 가로방향 또는 세로방향을 지정할 수 있다. 즉, 본 발명은 가로방향 또는 세로방향으로 각각 참조 프레임의 압축을 수행하고, 차분치를 압축 비트단위(N)로 할당하는 과정에서 발생하는 오차를 합산한 값이 작은 방향을 메모리 압축방향으로 결정하는 것을 특징으로 하는 참조 프레임을 압축하여 저장하는 영상 부호화 장치를 제공한다.
또한, 메모리 압축부(160)는 상기 메모리 압축방향에 대한 정보값(d)를 더 저장하며, 메모리 복원부(162)는 압축 비트단위(N)에 대한 정보값(b)와 메모리 압축방향에 대한 정보값(d)에 상응하여 참조 프레임의 복원하는 것을 특징으로 할 수 있다.
도 5의 (a)는 세로방향으로 참조 프레임의 압축을 수행하는 방법의 실시 개념도이고, 도 5의 (b)는 가로방향으로 참조 프레임의 압축을 수행하는 방법의 실시 개념도이다. 도 5를 참조하면, 고정된 압축 비트단위(N)로 세로방향 또는 가로방향으로 상술한 실시예1과 같이 참조 프레임의 압축을 수행할 수 있다. 즉, 압축 비트단위(N)를 5으로 고정하면, 해당 픽셀의 바로 앞에 위치한 픽셀의 복원 픽셀값과 해당 픽셀의 값과의 차이값인 차분치에 5비트를 할당하여 세로방향 또는 가로방향으로 각각 압축을 수행할 수 있다. 따라서, 세로방향 또는 가로방향으로 압축을 수행하는 과정에서 발생하는 오차를 합산한 값이 작은 방향을 메모리 압축방향으로 결정하여 압축을 수행할 수 있다.
또한, 도 5는 메모리 압축방향의 결정에 있어 8×8을 기준으로 할 수 있음을 도시하였으나, 메모리 압축방향을 결정하기 위한 단위는 적응적으로 선택되어질 수 있다.
또한, 결정된 메모리 압축방향에 대한 정보값(d)를 0 또는 1과 같이 1비트로 표현할 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 실시예1 과 실시예2에 따라 압축 비트단위(N) 및 메모리 압축방향을 적응적으로 결정할 수 있으며, 바람직하게는 메모리 압축방향을 결정한 후에 압축 비트단위(N)을 결정한다.
본 발명에 따른 참조 프레임을 압축하여 저장하는 방법의 실시예 #3
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 참조 프레임을 압축하여 저장하는 방법의 실시 개념도이다. 도 6을 참조하면, 본 발명이 제공하는 메모리 압축부(160)는 차분치가 미리 설정된 값보다 커지면, 해당 픽셀과 해당 픽셀의 바로 앞에 위치한 픽셀의 사이가 이미지 경계인 것으로 결정하는 것을 특징으로 할 수 있다. 또한, 본 발명인 참조 프레임을 압축하여 저장하는 영상 부호화 장치가 포함하는 메모리 압축부(160)는 이미지 경계의 다음에 위치한 해당 픽셀의 값부터는 원본 픽셀값을 원본 비트단위(B)로 할당하고, 이미지 경계의 앞에 위치한 압축 비트단위(N)로 차분치를 할당한 픽셀의 개수에 대한 정보값(C)을 더 할당할 수 있다. 여기서, 차분치를 할당하는 방법은 실시예1과 같이 할 수 있다. 또한, 메모리 복원부(162)는 픽셀의 개수에 대한 정보값(C)에 상응하여 이미지 경계의 다음에 위치한 픽셀값에는 원본 픽셀값을 그대로 할당하는 것을 특징으로 할 수 있다.
예를 들어, 메모리 압축단위를 1×8로 지정하고, 원본 비트단위(B)를 8비트, 압축 비트단위(N)를 5비트로 설정하면, 맨 앞의 픽셀에는 8비트로 원본 픽셀값을 할당한다. 맨 앞의 픽셀을 제외한 나머지 픽셀에 대해서는 실시예1과 같이 차분치를 압축 비트단위(N)인 5비트로 나타낸다. 차분치가 미리 설정된 값보다 커지면, 해당 픽셀과 해당 픽셀의 바로 앞에 위치한 픽셀의 사이에 이미지 경계가 존재하는 것으로 판단한다. 도 6을 참조하면, 이미지 경계가 5번째 픽셀과 6번째 픽셀사이에 존재한다. 즉, 5번째 픽셀값과 6번째 픽셀값 사이의 차이값이 크다는 것을 의미한다. 따라서, 이미지 경계의 다음에 위치한 6번째 픽셀값부터 원본 픽셀값을 원본 비트단위(B)인 8비트로 나타낸다. 또한, 압축 비트단위(N)로 차분치를 할당한 픽셀의 개수는 4개로, 픽셀의 개수에 대한 정보값(C)로 나타낼 수 있다. 이를 통하여 압축률은 다소 줄어들 수 있으나, 차분치를 압축 비트단위(N)로 할당하는 과정에서 발생하는 오차가 큰 부분인 경계부분을 판단하여 경계의 다음부터는 원본 픽셀값을 할당하도록 함으로써 오차로 인하여 발생하는 오류를 감소시킬 수 있도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 복호화 장치의 블록 구성도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 복호화 장치(200)는 엔트로피 복호부(210), 역양자화부(220), 역변화부(230), 가산기(240), 메모리 압축부(250), 메모리(251) 및 예측부(260)를 포함하여 구성된다.
도 2에 도시된 영상 복호화 장치(200)의 영상 복원과정은 도 1에 도시된 영상 부호화 장치(100)에서의 영상 복원과정과 동일하게 수행될 수 있는바, 이를 간단히 설명한다.
엔트로피 복호부(210)는 도 1에 도시된 영상 부호화 장치(100)로부터 생성된 비트스트림을 엔트로피 복호화하며, 역양자화부(220)는 엔트로피 복호부(210)로부터 전송받은 데이터를 역양자화함으로써 주파수 영역의 값(주파수 계수)으로 복원한다. 또한, 역변환부(230)는 주파수 영역의 값(주파수 계수)을 주파수 영역에서 공간영역으로 역변환한다. 가산기(240)는 예측부(260)에 의해 생성된 예측 영상에 역변환부(230)에 의해 복원된 잔차 영상을 가산함으로써 현재 영상의 복원영상을 생성한다.
특히, 영상 복호화 장치에 있어서, 참조 프레임을 저장하는 메모리 압축단위를 지정하고 메모리 압축단위에서 맨 앞의 픽셀에는 원본 픽셀값을 원본 비트단위(B)로 할당하고, 맨 앞의 픽셀을 제외한 나머지 픽셀에서 해당 픽셀의 바로 앞에 위치한 픽셀의 복원 픽셀값과 해당 픽셀의 값과의 차이값인 차분치를 압축 비트단위(N)로 순차적으로 할당하여 참조 프레임을 압축하는 메모리 압축부(250)와 메모리 압축부에 의해 압축된 참조 프레임을 저장하는 메모리 및 메모리 압축단위에서 맨 앞의 픽셀에는 원본 픽셀값을 그대로 할당하고, 나머지 픽셀에서 해당 픽셀의 값은 해당 픽셀의 바로 앞에 위치한 픽셀의 복원 픽셀값에 압축 비트단위(N)로 할당된 차분치를 더한값을 순차적으로 할당하여 압축된 참조 프레임을 복원하는 메모리 복원부(252)를 포함하는 참조 프레임을 압축하여 저장하는 영상 복호화 장치를 제공한다.
또한, 본 발명인 참조 프레임을 압축하여 저장하는 영상 복호화 장치(200)에 포함된 메모리 압축부(250)는 해당 픽셀의 값과 해당 픽셀의 바로 앞에 위치한 픽셀의 복원 픽셀값에 압축 비트단위(N)로 할당된 차분치를 더한값과의 차이에 해당하는 오차를 순차적으로 산출하여 합산한 결과가 미리 설정된 값보다 큰 경우에는 압축 비트단위(N)의 비트수를 증가시켜 차분치를 할당하고, 압축 비트단위(N)에 대한 정보(b)를 함께 저장하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 메모리 압축부(250)는 가로방향 또는 세로방향으로 각각 참조 프레임의 압축을 수행하고, 차분치를 압축 비트단위(N)로 할당하는 과정에서 발생하는 오차를 합산한 값이 작은 방향을 메모리 압축방향으로 결정할 수 있으며, 차분치가 미리 설정된 값보다 커지면, 해당 픽셀과 해당 픽셀의 바로 앞에 위치한 픽셀의 사이가 이미지 경계인 것으로 결정하고, 이미지 경계의 다음에 위치한 해당 픽셀값부터는 원본 픽셀값을 원본 비트단위(B)로 할당하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 이하 생략된 내용이라 하더라도 도1에 도시된 영상 부호화 장치(100)에 관하여 상술한 실시예 등의 내용은 본 발명에 따른 영상 복호화 장치(200)에도 적용될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 영상 부호화 장치 200: 영상 복호화 장치
110: 감산기 120: 변화부
121, 230: 역변환부 130: 양자화부
131, 220: 역양자화부 140: 엔트로피 부호부
150, 240: 가산기 160, 250: 메모리 압축부
161, 251: 메모리 162, 252: 메모리 복원부
170, 260: 예측부

Claims (14)

  1. 영상 부호화 장치에 있어서,
    참조 프레임을 저장하는 메모리 압축단위를 지정하고 상기 메모리 압축단위에서 맨 앞의 픽셀에는 원본 픽셀값을 원본 비트단위(B)로 할당하고, 상기 맨 앞의 픽셀을 제외한 나머지 픽셀들에는 해당 픽셀의 바로 앞에 위치한 픽셀의 복원 픽셀값과 상기 해당 픽셀의 값과의 차이값인 차분치를 소정의 비트수인 압축 비트단위(N)로 순차적으로 할당하여 상기 참조 프레임을 압축하는 메모리 압축부;
    상기 메모리 압축부에 의해 압축된 상기 참조 프레임을 저장하는 메모리; 및
    상기 메모리 압축단위에서 상기 맨 앞의 픽셀에는 상기 원본 픽셀값을 그대로 할당하고, 상기 나머지 픽셀에서 상기 해당 픽셀의 값은 상기 해당 픽셀의 바로 앞에 위치한 픽셀의 복원 픽셀값에 상기 압축 비트단위(N)로 할당된 상기 차분치를 더한값을 순차적으로 할당하여 상기 압축된 참조 프레임을 복원하는 메모리 복원부를 포함하는 참조 프레임을 압축하여 저장하는 영상 부호화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복원 픽셀값은 상기 해당 픽셀의 바로 앞에 위치한 픽셀이 그 이전의 픽셀로부터 복원된 값인 것을 특징으로 하는 참조 프레임을 압축하여 저장하는 영상 부호화 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 메모리 압축부에서 상기 차분치는 상기 압축 비트단위(N)에 상응하는 양자화 테이블에서 할당되는 것을 특징으로 하는 참조 프레임을 압축하여 저장하는 영상 부호화 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 메모리 압축부는 상기 해당 픽셀의 값과 상기 해당 픽셀의 바로 앞에 위치한 픽셀의 복원 픽셀값에 상기 압축 비트단위(N)로 할당된 상기 차분치를 더한값과의 차이에 해당하는 오차를 순차적으로 산출하여 합산한 결과가 미리 설정된 값보다 큰 경우에는 상기 압축 비트단위(N)의 비트수를 증가시켜 상기 차분치를 할당하고, 상기 압축 비트단위(N)에 대한 정보값(b)를 함께 저장하는 것을 특징으로 하는 참조 프레임을 압축하여 저장하는 영상 부호화 장치.
  5. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 메모리 압축부는 메모리 압축방향으로 가로방향 또는 세로방향을 지정할 수 있는 것을 특징으로 하는 참조 프레임을 압축하여 저장하는 영상 부호화 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 메모리 압축부는 상기 가로방향 또는 상기 세로방향으로 각각 상기 참조 프레임의 압축을 수행하고, 상기 차분치를 상기 압축 비트단위(N)로 할당하는 과정에서 발생하는 상기 오차를 합산한 값이 작은 방향을 상기 메모리 압축방향으로 결정하는 것을 특징으로 하는 참조 프레임을 압축하여 저장하는 영상 부호화 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 메모리 압축부는 상기 메모리 압축방향에 대한 정보값(d)를 더 저장하며,
    상기 메모리 복원부는 상기 압축 비트단위(N)에 대한 정보값(b)와 상기 메모리 압축방향에 대한 정보값(d)에 상응하여 상기 참조 프레임의 복원하는 것을 특징으로 하는 참조 프레임을 압축하여 저장하는 영상 부호화 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 메모리 압축부는 상기 차분치가 미리 설정된 값보다 커지면, 상기 해당 픽셀과 상기 해당 픽셀의 바로 앞에 위치한 픽셀의 사이가 이미지 경계인 것으로 결정하는 것을 특징으로 하는 참조 프레임을 압축하여 저장하는 영상 부호화 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 메모리 압축부는 상기 이미지 경계의 다음에 위치한 상기 해당 픽셀의 값부터는 원본 픽셀값을 원본 비트단위(B)로 할당하고, 상기 이미지 경계의 앞에 위치한 상기 압축 비트단위(N)로 상기 차분치를 할당한 픽셀의 개수에 대한 정보값(C)을 더 할당하고,
    상기 메모리 복원부는 상기 픽셀의 개수에 대한 정보값(C)에 상응하여 상기 이미지 경계의 다음에 위치한 픽셀값에는 원본 픽셀값을 그대로 할당하는 것을 특징으로 하는 참조 프레임을 압축하여 저장하는 영상 부호화 장치.
  10. 영상 복호화 장치에 있어서,
    참조 프레임을 저장하는 메모리 압축단위를 지정하고 상기 메모리 압축단위에서 맨 앞의 픽셀에는 원본 픽셀값을 원본 비트단위(B)로 할당하고, 상기 맨 앞의 픽셀을 제외한 나머지 픽셀들에는 해당 픽셀의 바로 앞에 위치한 픽셀의 복원 픽셀값과 상기 해당 픽셀의 값과의 차이값인 차분치를 소정의 비트수인 압축 비트단위(N)로 순차적으로 할당하여 상기 참조 프레임을 압축하는 메모리 압축부;
    상기 메모리 압축부에 의해 압축된 상기 참조 프레임을 저장하는 메모리; 및
    상기 메모리 압축단위에서 상기 맨 앞의 픽셀에는 상기 원본 픽셀값을 그대로 할당하고, 상기 나머지 픽셀에서 상기 해당 픽셀의 값은 상기 해당 픽셀의 바로 앞에 위치한 픽셀의 복원 픽셀값에 상기 압축 비트단위(N)로 할당된 상기 차분치를 더한값을 순차적으로 할당하여 상기 압축된 참조 프레임을 복원하는 메모리 복원부를 포함하는 참조 프레임을 압축하여 저장하는 영상 복호화 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 원본 비트단위(B)는 상기 압축 비트단위(N)보다 큰 것을 특징으로 하는 참조 프레임을 압축하여 저장하는 영상 복호화 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 메모리 압축부는 상기 해당 픽셀의 값과 상기 해당 픽셀의 바로 앞에 위치한 픽셀의 복원 픽셀값에 상기 압축 비트단위(N)로 할당된 상기 차분치를 더한값과의 차이에 해당하는 오차를 순차적으로 산출하여 합산한 결과가 미리 설정된 값보다 큰 경우에는 상기 압축 비트단위(N)의 비트수를 증가시켜 상기 차분치를 할당하고, 상기 압축 비트단위(N)에 대한 정보(b)를 함께 저장하는 것을 특징으로 하는 참조 프레임을 압축하여 저장하는 영상 복호화 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 메모리 압축부는 상기 가로방향 또는 상기 세로방향으로 각각 상기 참조 프레임의 압축을 수행하고, 상기 차분치를 상기 압축 비트단위(N)로 할당하는 과정에서 발생하는 오차를 합산한 값이 작은 방향을 상기 메모리 압축방향으로 결정하는 것을 특징으로 하는 참조 프레임을 압축하여 저장하는 영상 복호화 장치.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 메모리 압축부는 상기 차분치가 미리 설정된 값보다 커지면, 상기 해당 픽셀과 상기 해당 픽셀의 바로 앞에 위치한 픽셀의 사이가 이미지 경계인 것으로 결정하고, 상기 이미지 경계의 다음에 위치한 상기 해당 픽셀의 값부터는 원본 픽셀값을 원본 비트단위(B)로 할당하는 것을 특징으로 하는 참조 프레임을 압축하여 저장하는 영상 복호화 장치.
KR1020110077956A 2011-08-05 2011-08-05 참조 프레임을 압축하여 저장하는 영상 부호화/복호화 장치 KR101307406B1 (ko)

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