KR970000761B1 - 소형 디지탈 방식 고선명 텔레비젼 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

소형 디지탈 방식 고선명 텔레비젼

제1도는 종래의 디지탈 방식 고선명 텔레비젼에서 부호화된 화상 데이터를 복호하기 위한 복호 장치의 블럭도.

제2도는 본 발명에 따른 소형 디지탈 방식 고선명 텔레비젼에서 부호화된 화상 데이터를 복호하기 위한 복호 장치.

제3도는 본 발명에 따른 소형 디지탈 방식 고선명 텔레비젼에서 행하는 보간의 일방식을 나타내는 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 가변 길이 복호화부 2 : 줄 길이 복호화부

3 : 역 지그-재그 스캐닝부 4 : 역 양자화부

5 : 역 DCT부 6 : 예측기

7 : 프레임 메모리 8 : 가산기

9 : 움직임 벡터 보상부 10 : 예측 및 보간부

본 발명은 디지탈 방식의 고선명 텔레비젼에 관한 것으로서, 다욱 상세하게는 변환 부호화(Trans-form Coding) 방식으로 데이터 감축된 구획(Block)의 DC 계수를 1화소로 사용하는 소형 디지탈 방식 고선명 텔레비젼에 관한 것이다.

영상 신호의 디지탈 전송에 있어서 전송 대역폭을 줄이기 위한 맣은 데이터 감축 방식들이 연구되어 왔다. 이들 데이터 감축 방식은 크게, 이전 프레임과 현재 프레임을 비교하여 물체의 이동에 관한 정보를 축출해내고 이 정보를 이용하여 현재 프레임을 적절하게 예측하면 예측 에러가 감소하여 데이터 감축 효과가 이루어진다는 것을 이용한 움직임 보상 부화화(Motion-Compensated coding)방식과 공간 방향으로의 중복성을 줄이기 위한 변환 부호화(Trans-form Coding) 방식으로 대별할 수 있다.

특히, 움직임 보상 부호화 방식은 시간 방향의 중복성을 줄이는 방법이므로 변환 부호화 방식과 결합 동작하면 좀더 많은 데이터의 감축을 얻을 수 있어 이들 두방식을 결합시킨 혼성 부호화(Hybrid coding) 방식이 실용화 되고 있다.

이때, 상기 움직임 보상 부호화 방식은 통상적으로 차분 펄스 부호 변조(Differential Pulse Code Modulation 이하 DPCM이라 함) 방식을 이용하며, 변환 부호화 방식은 이산 코사인 변환(Discrete Cosine Transform:이하 DCT라 함) 방식을 이용한다. 즉, 종래의 화상 데이터 압축 방식은 구획의 현재 프레임의 화상 데이터들중 예컨데 8×8 화소로 되는 구획(이하, 현재 구획이라 함)과 상기 현재 구획과 가장 유사한 이전 프레임의 구획(이하 이전 구획이라 함)과의 차분을 DCT 변환시키게 된다.

그후 DCT 변환된 구획의 차분 DCT 계수(이하, 구획 차분 DCT 계수라 함)를 지그-재그(Zig-Zig) 스캐닝 등의 방식으로 양자화 하고, 양자화된 값을 더욱 데이터 감축하기 위하여 가변 길이 부호(Variable Length Coding)화 하는 것이 통상적이다. 이때, 상기 현재 구획과 가장 유사한 이전 구획의 이전 프레임상의 위치는 움직임 벡터로서 가변 길이 부호화 되어 수신측에 전송된다.

따라서, 다지탈 방식의 고선명 텔레비젼은 차분 펄스 복호 과정 및 역 DCT 과정을 행하여야만이 부호화 되기 전의 원화상을 재현할 수 있게 된다. 제1도에 이러한 복호 과정을 수행하는 종래의 고선명 텔레비젼의 블럭도가 도시되어 있으며, 도시된 바와 같이, 복호 과정을 행하기 위한 가변 길이 복호화부(1), 줄 길이 복호화부(2), 역 지그-재그 스캐닝부(3), 역 양자화부(4) 및 역 DCT 부(5)가 구성되고, 예측기(6)는 가변길이 복호화부(1)에서 복호된 움직임 벡터에 해당하는 위치의 이전 구획의 화소 데이터들을 프레임 메모리부(7)로부터 선택 출력하게 된다.

즉, 혼성 부호화 방식에 의해 가변 길이 부호로 송신된 화상 데이터는 이전 프레임의 움직임 벡터에 해당하는 이전 구획과 현재 프레임의 현재 구획 화소 데이터의 차분을 DCT한 값이므로, 상기 예측기(6)는 움직임 벡터에 의해 현재 프레임의 구획 화소 데이터와 감산한 이전 프레임의 구획 화소 데이터를 가산기(8)에서 가산하므로써, 가산기(8)에서 출력되는 구획 화소 데이터는 송신측에서 부호화 하기 전의 원래 화소 데이터로 복원되는 것이다.

그러나, 이와 같은 종래의 고선명 텔레비젼은 용이하게 예상할 수 있는 바와 같이 1 프레임에 해당하는 화소 데이터를 프레임 메모리부에 저장하기 위해서는 프레임 메모리가 대단히 큰 용량으로 설계·제작되어야 하며, 역 DCT, 역 지그-재그 스캐닝 및 줄-길이 복호 과정을 행하기 위한 디지탈 신호 처리 장치는 고속 연산 동작을 행하여야 하므로 대형화 되고 큰 소비 전력을 요하므로 디지탈 방식의 고선명 텔레비젼을 소형, 경량화할 수 없다는 문제가 있게 된다.

특히, 일반 소비자는 고선명 텔레비젼이라 하여도 대형 화면을 갖는 고선명 텔레비젼만을 요구하는 것이 아니라, 원하는 어느 장소, 어느때라도 방송을 수신·시청 가능한 휴대용 소형 고선명 텔레비젼 역시 요구한다는 것을 고려하면, 상술한 바와 같이 고선명 텔레비젼의 대형화, 큰 소비 전력의 사용은 큰 문제점이라 할 것이다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 DCT된 구획 화소 데이터의 첫 번째 DCT 계수(즉, DC 계수)는 DCT 구획 화소 데이터들의 평균에 해당되므로 DC DCT 계수만을 사용해 부호화된 화상 데이터를 복호하므로써, 소형, 경량화할 수 있는 소형 디지탈 방식 고선명 텔레비젼을 제공하는데 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 구획을 구성하는 화상 데이터들이 DCT 변환 및 움직임 보상 부호화 하고, 각 구획에 대한 움직임 벡터 및 구획의 부호화된 값들을 가변 길이 부호로서 전송하는 디지탈방식 고선명 텔레비젼 송신 장치의 상기 가변 길이 부호를 수신하는 장치로서, 움직임 벡터의 가변 길이 보호를 복호하며, 구획의 가변 길이 부호중 구획의 DCT 계수내 DC 값만을 복호하여 출력하는 가변 길이 복호부와; 가변 길이 복호부에서 복호된 DC DCT 계수를 역 양자화 하여 화소 데이터로서 출력하는 역 양자화부와; 가변 길이 복호부에서 복호된 움직임 벡터를 구획의 행 및 열을 이루는 화소 데이터의 수로 나누어 보상 움직임 벡터로 출력하는 움직임 벡터 보상부와; 화소 데이터들을 저장하는 프레임 메모리와; 프레임 메모리의 화소 데이터들중 보상 움직임 벡터에 해당하는 위치의 화소 데이터를 출력하며, 보상 움직임 벡터에 해당하는 위치에 화소가 없는 경우 보상 움직임 벡터에 해당하는 위치 주변의 화소 데이터들로 보간 처리하여 출력하는 예측 및 보간부와; 역 양자화부와 예측 및 보간부의 출력이 가산된 값을 현재 프레임 구획에 대응하는 위치의 프레임 메모리에 화소 데이타로서 저장하는 가산기를 포함한다.

이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부된 도면에 따라 상세히 설명한다.

제2도는 본 발명에 따른 소형 디지탈 방식 고선명 텔레비젼의 블록도로서, 가변 길이 복호화부(1)는 송신측으로부터 송신된 가변 길이 부호들이 입력된다.

송신측의 가변 길이 부호는 부호화 장치에 의하여 부호화된 움직임 벡터 데이터와 혼성 부호화된 화소들의 DCT 계수로 구분할 수 있다. 따라서, 가변 길이 복호화부(1)는 내부에 두가지 종류의 조견부(Look Up Table) 즉, 움직임 베터에 관한 조견표와 DCT 계수들에 대한 조견표가 구성되어 있으며, 움직임 벡터에 대한 것은 이 움직임 벡터용 조견표에 따라 복호되고, 화소들에 대한 DCT 계수의 가변 길이 부호들은 DCT 계수용 가변 길이 복호화부에 의하여 복호된다.

이때, DCT용 계수용 가변 길이 복호화부는 DCT 계수들에 대한 가변 길이 부호들중 DCT 계수의 DC 값만을 선택하여 복호하도록 구성되어 있다, 여기서 구획내 DCT 계수의 DC 값은 이 구획내 화소값들의 평균값을 의미하며 이러한 DC 값을 감출하기 위한 방법은 이하와 같다. 먼저, 화소 데이터들은 휘도 성분에 대한 4개의 8×8 화소 구획(A,B,C,D)과, 색차 성분(Cr)에 대한 1개의 8×8 화소 구획과, 색차 성분(Cb)에 대한 1개의 8×8 화소 블록으로 되는 메크로 구획(Macro Block) 단위로 DCT 및 차분 부호화 되어 전송된다고 가정한다.

이때, 8×8 화소 구획들이 DCT 변환되면 이 변화된 DCT 계수들은 8×8의 DCT 계수 구획을 형성하게 되며, 이 DCT 계수 구획의 좌측 상단은 그 구획의 DC 값이 존재하게 된다. 이 DCT 계수 블록은 먼저 DC 값을 시작으로 하여 지그 재그 스캐닝되면서 양자화 및 차분 펄스 부호화 과정을 거쳐 가변 길이 부호화 되므로 하나의 8×8 구획에 대한 첫 번째 가변 길이 부호는 그 구획에 대한 DCT 계수의 DC값에 대한 부호를 의미하게 된다.

이때, 메크로 구획은 메크로 구획의 시작 위치에는 메크로 구획의 번호가 위치하고 그 다음에 휘도 성분의 구획(A,B,C,D) 및 색차 성분의 구획(Cr,Cb)의 DCT 계수에 대한 가변 길이 부호가 순차적으로 위치하게 된다. 이러한 가변 길이 부호에서 구획(A)의 첫 번째 가변 길이 부호는 상술한 바와 같이 구획(A)의 DCT 계수 DC 값에 대한 것이며, 이 DC 값 다음에는 지그 재그 스캐닝에 의한 DCT 값에 대한 가면 길이 부호이며, 이 부호들 다음에는 구획 종료(End Of Block) 부호가 위치하여 하나의 구획에 대한 DCT 계수에 대한 가변 길이 부호의 종료를 표시하게 된다.

이외의 구획(B,C,D) 및 색차 성분의 구획(Cr,Cb)들도 구획(A)과 동일한 순서의 가변 길이 부호가 형성된다. 예컨데 구획(A)의 구획 종료 부호 다음에는 구획(B)의 DCT 계수중 DC 값에 대한 가변 길이 부호가 그 다음에는 나머지 DCT 계수에 대한 가변 길이 부호가 위치하며, 구획(B)의 구획 종료 부호 다음에 구획(C)의 DCT 계수중 DC 값에 대한 가변 길이 부호가 존재한다.

따라서, 본 발명의 가변 길이 복호화부(10)는 메크로 구획의 번호 및 구획 종료 부호를 검출하도록 구성하고, 이 부호들을 이용하여 구획(A,B,C,D,Cr,Cb)들에 대한 DCT 계수중 각 구획의 DC 값에 대한 가변 길이 부호만을 선택할 수 있는 것이다.

본 발명의 가변 길이 복호화부(1)에는 상술한 바와 같이 DCT 계수용 조견표가 구성되어 있으면, 상술한 과정에 의하여 검출된 각 구획의 DCT 계수의 DC 값에 대한 가변 길이 부호들을 조견표에 따라 복호하여 출력하게 된다.

이때, 가변 길이 복호화부(1)에서 복호된 DCT 계수의 DC 값은 상술한 바와 같이 송신측에서 DCT 변환되는 구획의 화소값들의 평균값 즉, 8×8 구획을 이루는 64개 화소들의 전체값에 대한 평균값이 되는 것이다. 따라서, DC DCT 계수만을 역 양자화부(41)를 이용해 역 양자화 처리하는 것은 DCT 계수로 된 8×8 구획 전체에 대하여 종래와 같이 줄-길이 복호, 역 양자화 처리하여 구한 구획 화소들의 평균값과 동일한 것이다.

따라서, 이들 평균값만을 이용하여 1 프레임의 화상을 형성할 수 있음을 알 수 있다. 즉, 고선명 텔레비젼의 경우 1 프레임당 주사선 수가 1050, 주사선 당 표본 화소수가 1408(가로), 960(세로)에 달하므로, 구획화수 64개의 평균값을 1화소로 하여 CRT 등의 표시 장치에 디스플레이 하여도(결국 표시 장치의 전체 화소수는 1/64로 대폭 감축된다) 원래 화상을 식별 가능한 정도의 해상도는 유지될 것이다.

이때, 역 양자화부(41)로부터 출력되는 구획 화소의 평균값은 종래와 같이 DPCM된 구획의 차분 평균값이므로 이를 역 DPCM 처리하여야만 원래의 구획 화소에 대한 평균값을 구할 수 있다.

즉, 송신측에서 전송되는 부호 화상 데이터가 DCT 처리만 하는 변환 부호화 방식으로 부호화된 경우에는 역 양자화부(41)로부터 출력되는 값은 구획 화소값들의 평균값이 되나, 변환 부호화 방식외에 움직임 보상 부호화 방식(DPCM)이 부가된 경우에는 현재 프레임 구획과 가장 유사한 구획과의 차분 값이 DCT되므로 상기 역 양자화부(41)의 출력은 구획 화소의 차분 평균값이 되는 것이다.

따라서, 이들 차분 평균값은 움직임 보상 복호화 과정을 행하여야만이 원래의 구획 화소에 대한 평균값을 구할 수 있다.

또한, 상기 변환 부호화 방식 및 움직임 보상 부호화 방식을 모두 사용하는 혼성 부호화 방식에서도 필요에 따라(예컨대 초기 상태시 프레임 메모리에 화소값을 저장하거나, 프레임간 움직임이 없는 경우)변환 부호화 방식만을 행하는(intra 모드라고도 한다) 경우가 있다.

따라서, 인트라 모드시 역 양자화부(4)의 출력은 원래의 구획 화소에 대한 평균값이 되나 인터(inter)모드(움직임 보상 부호화 방식을 행하는 모드)의 경우 원래 구획 화소에 대한 차분 평균값이 된다. 따라서, 인터, 인트라 모드에 따라 역 양자화부(4)의 출력을 프레임 메모리(7)에 저장하거나, 역 양자화부(41)의 출력을 움직임 보상 복호화 과정을 행한 후 프레임 메모리에 저장하여야 한다. 본 실시예에서는 스위치(11)가 상기 모드에 따라서, 온·오프, 즉, 인트라 모드시 오프, 인터모드시 온된다고 가정하고 이하에서 인터 모드의 경우만을 예로 하여 서술한다.

먼저, 상술한 바와 같이 1구획의 화소(64개)의 평균값들만으로 1 프레임을 구성하는 경우 1 프레임의 화소수는 1구획의 화소수로 나눈 값 만큼이나 줄어들게 된다. 따라서, 가변 길이 복호화부(1)에서 복호된 움직임 벡터를 종래와 같이 사용할 수 없고 줄어든 화소수만큼 움직임 벡터를 감축시켜야 할 것이다. 즉, 상기 움직임 벡터는 원래의 프레임에서 소정 구획과 가장 유사한 구획이 행 및 열로 몇 화소 이동한 거리에 위치하고 있는가를 지시하므로 이를 구획의 평균값들로 된 프레임(실질적으로 원프레임의 1구획이 1화소로 되는)에 적용하게 되면 움직임 벡터에 의해 검출되는 화소는 전혀 유사하지 않은 화소가 될 것이다.

따라서, 움직임 벡터 보상부(9)는 가변 길이 복호부(1)의 움직임 벡터를 구획의 행 및 열 화소수를 나누게 된다. 예컨대, 구획이 8×8이라면 상기 움직임 벡터 보상부(9)는 행 및 열의 움직임 벡터를 8로 나누어 행과 열에 대한 보상 움직임 벡터로 출력하는 것이다.

즉, 구획의 평균값으로만 된 프레임은 원래 프레임에 대하여 행 및 열이 각각 구획의 행 및 열의 화소수만큼 감소된 화소(실질적으로 구획의 평균값)로 구성되어 있으므로 가변 길이 복호부(9)의 움직임 벡터를 구획의 행 및 열의 화소수로서 나누어 주므로서 움직임 벡터에 의해 지시되는 구획에 대응하는 행과 열의 보상 움직임 벡터를 구할 수 있는 것이다.

그러나, 이 경우 보상 움직임 벡터로는 프레임 메모리내 어떠한 화소도 지시할 수 없는 상태가 발생할 수 있다. 예컨대, 열을 지시하는 움직임 벡터가 17이라고 가정하는 겅우, 열의 구획 화소수를 8로 나누면 몫이 2이고 나머지가 1이 발생한다. 즉, 보상 움지임 벡터는 2.1이 되는 것이다. 그러나, 보상 움직임 벡터에 의해 지시되는 열의 이동 거리는 보상 움직임 벡터 1에 대해 1화소당 거리가 되므로 2.1에 해당하는 거리에는 어떠한 화소도 존재하지 않게 된다.

따라서, 상기 예측 및 보간부(10)는 이러한 경우 보간 처리를 하여야 한다. 즉, 예측 및 보간부(10)는 상기 보상 움직임 벡터에 해당하는 화소가 상기 프레임 메모리(7)에 존재하는 경우에는 그 화소값을 선택, 출력하여 상기 가산기(8)에 인가하나, 보상 움직임 벡터에 해당하는 화소가 존재하지 않으면 이를 보간 처리하게 되는 것이다.

보간 처리 방법에는 예컨데, 보상 움직임 벡터라 2.1인 경우 단순하게 보상 움직임 벡터를 2로 보고, 1에 해당하는 거리에 위치하는 화소의 화소값을 출력하는 방법 등이 있을 수 있으나, 본 발명의 발명자는 다음과 같은 방법을 제시하였다.

먼저, 상기 움직임 벡터 보상부(9)는 상기 가변 길이 복호부(1)의 움직임 벡터를 행 또는 열의 화소수(예컨대 N)로 나누게 된다. 이를 식으로 표현하면

움직임 벡터/N························ 식 1)

상기 식 1)을 행하면 몫(Q)과 나머지(R)를 구할 수 있게 된다.

이때, 움직임 벡터는 행쪽으로 소정거리 이동을 나타내나 열쪽으로는 이동거리가 없는 즉, 0의 움직임 벡터가 발생하였다고 가정한다. 따라서, 상기 예측 및 보간부(10)는 행쪽의 이동 벡터를 구획의 행을 구성하는 화소수(N)를 나누어 몫(Q)과 나머지(R)를 구하게 되는 것이다. 몫(Q)과 나머지(R)를 구한 결과 몫(Q)이 0라면 임의의 변수(P)를 0로 놓고, 몫(Q)이 0보다 크다면 변수(P)는 몫(Q)에 1을 더하여 구한다. 이때, 몫(Q)이 0보다 작다면 변수(P)는 몫(Q)에 1을 감산하여 구하는 것이다.

이를 간단히 표현하면

이 된다.

그리고, 상기 예측 및 보간부(10)는 상기 몫(Q)과 변수(P)를 움직임 벡터로 이용하여 제3도와 같이 상기 프레임 메모리부(7)의 해당 화소(좌표에서 (0,0))로부터 상기 몫(Q)과 변수(P)만큼 이동된 위치의 화소의 값(PV),(QV)를 검출하나 도표 1)에서 알 수 있는 바와 같이, 변수(P) 위치의 화소는 몫(Q) 위치의 화소에 최근 접한 화소가 됨을 알 수 있다(제3도의 경우에는 이동 벡터가 17인 경우를 예로 한 것이다).

이때, 나머지(R) 값에 따라서 보상 이동 벡터에 해당하는 위치가 몫(Q) 또는 변수(P)에 근접하는가를 알수 있으므로 본 실시예에서는 상기 몫(Q)과 변수(P)에 해당하는 화소값(QV),(PV)에 다음 식 2)과 같은 방식으로 나머지(R)를 가중하여 보상 이동 벡터 위치의 화소를 보간하는 방식을 제시하였다.

그러나, 상기 식 2)를 포함하는 상술한 보간 방식은 일 실시예에 불과하며 다른 통상적인 기타 보간 방식이 사용될 수도 있다.

그러나, 이러한 보간 방식은 여러 방식들이 제안, 실시되고 있으므로 이들 방식중 어떠한 일 방식을 채용하여도 본원의 실시는 가능하다는 것은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있을 것이다.

가산기(8)는 상기 역 양자화부(41)로부터 출력되는 값과 예측 및 보간부(10)에 의해 검출된 이전 프레임 구획의 평균값, 또는 이 평균값이 보간 방식에 의해 추정된 화소값이 가산되므로 상기 가산기(8)의 출력은 현재 프레임의 화소값이 되는 것이다.

이때, 프레임 메모리(7)는 가산기(8)의 평균값을 현재 프레임 구획에 대응하는 위치의 화소값으로 저장한다. 즉, 본 발명은 상기 가산기의 출력, 즉, 구획의 평균값을 1화소 값으로 사용하므로 표시 장치의 화소수는 감소하여 해상도는 낮아지나 표시 장치를 소형화할 수 있으며, 특히, 역 DCT 처리, 역 지그-재그 스캐닝처리, 줄-길이 복호 처리 등이 필요없게 되어 고선명 텔레비젼 회로의 구성이 간단하여 용이하게 제작할 수 있으며 소형, 경량화가 가능하다는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 프레임 메모리의 용량 역시, 종래 프레임 메모리의 용량에 비해 대폭 감축이 가능한 효과가 있다. 또한 본 발명은 구획기의 첫 번째 DCT 계수만을 복호하도록 가변 길이 복호부의 조견표를 구성할 수 있어, 설계 및 그 구성이 간단하다는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 구획을 구성하는 화상 데이터들이 DCT 변환 및 움직임 보상 부호화 하고, 상기 각 구획에 대한 움직임 벡터 및 구획의 부호화된 값들을 가변 길이 부호로서 전송하는 디지탈 방식 고선명 텔레비젼 송신 장치의 상기 가변 길이 부호를 수신하는 장치로서, 상기 움직임 벡터의 가변 길이 부호를 복호하며, 상기 구획의 가변 길이 부호중 상기 구획의 DCT 계수중 DC 값만을 복호하여 출력하는 가변 길이 복호부(1)와; 상기 가변 길이 복호부(1)에서 복호된 상기 DC DCT 계수를 역 양자화하여 화소 데이터로서 출력하는 역 양자화부(41)와; 상기 가변 길이 복호부(1)에서 복호된 상기 움직임 벡터를 상기 구획의 행 및 열을 이루는 화소 데이터의 수로 나누어 보상 움직임 벡터로 출력하는 움직임 벡터 보상부(9)와; 화소 데이터들을 저장하는 프레임 메모리(7)와; 상기 프레임 메모리(7)의 화소 데이터들중 상기 보상 움직임 벡터에 해당하는 위치의 화소 데이터를 출력하며, 상기 보상 움직임 벡터에 해당하는 위치에 화소가 없을 경우 상기 보상 움직임 벡터에 해당하는 위치 주변의 화소 데이터들로 보간 처리하여 출력하는 예측 및 보간부(10)와; 상기 역양자화부(41)와 예측 및 보간부(10)의 출력이 가산된 값을 현재 프레임 구획에 대응하는 위치의 프레임 메모리(7)에 상기 화소 데이터로서 저장하는 가산기(8)를 포함하는 소형 디지탈 방식 고선명 텔레비젼.