KR970003794B1

KR970003794B1 - 동영상 부호화장치

Info

Publication number: KR970003794B1
Application number: KR1019930029694A
Authority: KR
Inventors: 김경진
Original assignee: 고등기술연구원 연구조합; 김준성
Priority date: 1993-12-24
Filing date: 1993-12-24
Publication date: 1997-03-21
Also published as: KR950022996A

Abstract

요약없음.

Description

동영상 부호화장치

제1도는 일반적인 동영상 부호화장치의 블럭도.

제2도는 본 발명에 따른 동영상 부호화장치의 블럭도.

제3도는 제2도의 동영상 부호화장치의 동작타이밍도.

제4도는 제2도의 제2신호처리회로로 인가되는 인터럽트신호에 대한 공용메모리 사용주기를 나타낸 것.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

20 : 공유메모리21,22,23,24 : 제1~4신호처리회로

25 : 버퍼26~31 : 메모리(RAM1~6)

본 발명은 동영상 부호화장치에 관한 것으로, 특히 입력 영상신호를 실시간적으로 압축하여 전송하는 동영상 부호화장치에 관한 것이다.

동영상 부호화장치(Coding Device, 또는 Coder)는 고품의 텔레비젼(HDTV : High Definition Television)이나 영상전화기 중에서 사용되어, 디지탈 형태로 인가되는 영상신호에 대하여 원래의 상태를 보존할 수 있을 정도로 압축전송하는 것으로, 막대한 데이터처리량으로 인한 어려움을 해결하기 위해 개발되었다. 이러한 부호화장치에서 사용되는 압축처리방식은 크게 고정길이(Fixed Length)와 가변길이(Variable Length)부호화방식이 있으나 압축효율이 높은 이유로 대부준 가변길이 부호화(또는 가변장 부호화라고도 함)방식을 이용하고 있다.

제1도는 가변길이 부호화방식에 의한 종래의 동영상 부호화장치를 하이브리드(Hybrid)형태로 구성한 것으로서, 디지탈 형태의 일력영상신호가 인가되면 이동보상 예측부(1)오 감산기(2)및 부호화모드 판정부(4)로 인가된다.

제어용 스위치(3)는 인가되는 영상신호와 감산기(2)로 부터 인가되는 영상신호를 선택적으로 출력한다. 이러한 선택적인 출력은 부호화모드 판정부(4)에서 출력되는 부호화모드 판정결과에 따른 부호화모드 데이타에 의한다. 부호화모드 판정부는 (4)는 인가되는 영상신호와 예측메모리부(11)에서 출력되는 예측 영상신호에 의하여 입축처리할 부호화모드를 인트라(Intra)모드로 할 것인지 인터(Inter)모드로 할 것인지를 판정한 부호화모드데이터를 출력한다. 여기서 인트라모드는 현재 프레임데이터를 입축하는 것이고, 인터모드는 감산기(2)에서 출력되는 에러값을 압축하는 것이다. 에러값은 인가되는 영상신호와 예측메모리부(11)에서 출력되는 예측영상간의 차신호이다.

이동보상예측부(1)는 현재 인가되는 영상신호와 예측메모리부(11)에 저장되어 있는 영상신호간의 상관도를 기준으로 이동의 정도를 추정하는 추정에 따라 얻어진 움직임벡터를 예측메모리부(11)로 인가하여 예측 메모리부(11)로 부터 예측영상이 출력되도록 한다.

이산여현변환기(5)는 제어용스위치(3)에서 출력되는 공간영역의 데이터를 주파수영역으로 변환한 이산여현변환(Discrete Cosine Transform : 이하 DCT)계수를 출력한다. 이산여현변환기(5)에서 출력된 DCT 계수는 양자화부(6)에서 소정의 양자화레벨로 선형양자화가 된다.

양자화된 DCT계수 데이터는 가변길이 부호화부(7)로 출력되어 부호화된다. 가변길이 부호화부(7)는 부호화모드 판정부(4)에서 출력되는 부호화모드와 이동보상 예측부(1)에서 출력되는 이동벡터는 부가정보로 가변장부호화하고, 양자화부(6)에서 출력되는 DCT계수는, 빈도수가 높은 데이터에 대해서는 짧은 코드를 할당하고 빈도가 낮은 데이터에 대해서는 긴코드를 할당하여 가변적으로 부호화한다.

통신버퍼(8)는 가변길이 부호화부(7)에서 출력된 부호화데이터를 일정한 전송속도를 갖는 채널을 통해 출력될 수 있도록 일정한 속도로 전송한다. 이 때 통신버퍼(8)의 전송량에 따라 양자화부(6)로 양자화파라미터가 출력된다. 여기서 양자화파라미터는 양자화레벨을 제어하기 위한 것이다.

한편, 동영상은 인점 프레임데이터간의 상관도가 높다는 특성에 의하여 이동보상에 의하여 압축효율을 높히고 있다. 이러한 압축효율을 위한 부분은 역양자화부(7)및 역이산여현변환기(10), 가산기(12), 예측메모리부(11)와 이동보상예측부(1) 간산기(2) 등으로, 양자화부(6)에서 출력된 데이터는 역양자화부(7) 및 경이산여현변환기(10)와 가산기(12)를 통해 압축된 데이터를 원래의 상태로 복원한 뒤, 예측 메모리부(11)에 저장하여 상술한 이동보상 예측부(1)오 부호화모드 판정부(4)와 함께 움직임보상과정을 수행하게 된다.

상술한 바와 같은 구성에 의해 종래의 동영상부호화장치는 이동보상 프레임간 예측으로 시간방향으로 존재하는 중복성과 이산여현변환으로 프레임내의 공간방향으로 존재하는 중복성을 제거하여 압축하게 된다.

그러나 이와 같이 처리되는 경우, 베스제어기를 이용하여 각 처리과정간에 전송되는 데이터의 충돌을 막을 수 있도록 처리함으로써 실시간처리구조가 복잡한 문제점이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해소하기 위해 이루어진 것으로, 각 부호화처리과정을 디지탈 신호처리회로로 구성하여 실시간처리하여 실시간처리를 간소화한 동영상 부호화장치를 제공하는데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 동영상부호화장치는 소정의 블럭단위로 인가되는 영상신호의 이동보상을 위한 예측처리로 발생되는 부가정보와 데이터를 출력하고, 제1인터럽트신호를 발생하기 위한 제1신호처리회로; 제1인터럽트신호가 인가되면, 제1신호처리회로에서 예측처리된 데이터를 순방향 이산여현 변환 및 양자화처리를 하여 출력하고, 제2 및 제3인터럽트신호를 발생하기 위한 제2신호처리회로; 제2인터럽트신호가 인가되면, 제2신호처리회로에서 양자화처리된 데이터를 역양자화 및 역이산 여현변과정처리를 하여 출력하고, 제1신호처리회로로 제4인터럽트신호를 발생하기 위한 제3신호처리회로; 제3인터럽트신호가 인가되면, 제2신호처리회로에서 출력되는 데이터와 제1신호처리회로에서 출력되는 부가정보를 가변길일부호화하고, 일정한 속도로 전송할 수 있도록 신호처리를 하여 출력하고, 제2신호처리회로로 제5인터럽트신호를 발생하기 위한 제4신호처리회로; 제1신호처리회로 및 제2신호처리회로에서 출력되는 데이터와 제4신호처리회로에서 처리되는 데이터가 분리되어 처리되도록 제1및 제2신호처리회로와 제4신호처리회로 간의 데이터전송을 제어하는 버퍼; 제1신호처리회로및 제2신호처리회로와 제3신호처리회로에서 처리된 데이터를 기로하고, 제1내지 3신호처리회로에서 요구시 출력하는 공용메모리를 포함함을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

우선 본 발명에 의한 동영상부호화장치는 종래의 동영상부호화장치내의 신호처리과정을 크게 4가지를 분류하고, 분류된 각각의 처리과정을 디지탈신호처리회로로 구성하여 실시간처리를 하고, 각 처리과정을 인터럽트신호의 발생에 의하여 제어하며, 각 처리과정에 의하여 출력되는 데이터는 공용메모리를 이용하여 저장하였다가 필요시 읽을 수 있도록 처리하는 장치이다. 여기서 제시된 실시예에서는 상술한 각 처리과정을 매크로 블럭단위로 처리한다.

제2도는 본 발명에 따른 동영상부호화장치의 블럭도로서, 상술한 바와 같이 각 처리과정을 디지탈신호처리회로로 구성한 것으로, 일반적인 디지탈 영상신호처리시스템에 적용할 수 있다.

제2도는, 인가되는 입력영상신호를 입력신호로 하여 제1도에서와 같이 부호화처리모드에 따른 이동보상에 의한 예측과정과 해당되는 매크로 블럭단위의 부가정보를 검출하는 과정을 디지탈신호처리하기 위한 제1신호처리회로(21)와, 제1신호처리회로(21)의 처리과정을 거쳐 후술한 공용메모리(20)에 저장되어 있는 예측 데이터를 읽어 디지탈신호처리에 의하여 순방향 이산여현변환 및 양자화하기 위한 제2신호처리회로(22)와, 제2신호처리회로(22)로 부터 제2인터럽트신호(INT23)가 인가되면 제2신호처리회로(22)의 처리과정을 거쳐 상술한 공용메모리(20)에 저장되어 있는 양자화된 데이터를 읽어 디지탈신호처리에 의하여 역양자화하고 역이산여현변환하며, 처리과정이 완료되면 제1신호처리회로(21)로 제4인터럽트신호(INT31)를 발생하는 제3신호처리회로(23)와, 제1내지 3신호처리회로(21-23)의 신호처리에 의하여 발생되는 데이터를 성분별 소정의 영역에 저장하고 필요시 읽어 출력하는 공용메모리(20)와, 제2신호처리회로(22)에서 출력되는 제3인터럽트신호(INT24)에 의하여 제1신호처리회로(21)에서 출력되는 매크로 블럭단위의 부가정보와 제2신호처리회로(22)에서 출력되는 양자화된 DCT계수값을 디지탈신호처리에 의하여 가변장부호화하고 부호화된 데이터의 전송속도를 일정하게 제어하며, 신호처리가 완료되면 제5인터럽트신호(INT42)를 발생하는 제4신호처리회로(24)와, 제1~3신호처리회로(21~23)에서 처리되는 데이터 및 제어신호(또는 부가정보 등)가 제4신호처리회로(24)에서 처리되는 데이터 및 제어신호가 분리되어 처리되도록 전송제어를 하기 위한 버퍼(25)와, 제4신호처리회로(24)에서 출력되는 부호화된 영상신호중 전송되지 못한 일부 데이터를 저장하기 위한 메모리(RAM6,31)로 이루어진다.

특히 제1내지 제4신호처리회로(21~24)는 디지탈신호처리회로(Digital Signal Processor)로 이루어지고, 공용메모리(20)는 휘도신호전용의 메모리(RAM1, 26)와, 색신호전용의 메모리(RAM2, 27)와 예측영상신호전용의 메모리(RAM3, 28)와, 복원영상신호 전용의 메모리(RAM4 & 5, 29 & 30)로 이루어지고, 버퍼(25)는 선임선출버퍼(FIFO: First In. First Out)로 이루어진다. 또한 사용된 메모리(20, 31)는 모두 램(RAM)으로 이루어진다. 그리고 제4신호처리회로(24)는 제5인터럽트신호(INT42)가 발생된 후 연속되는 인터럽트신호의 발생횟수(또는 발생기간)에 의해 제2신호처리회로(22)및 제3신호처리회로(INT23)에서 이루어지는 양자화레벨을 제어하도록 구성된다.

제3도는 제2도의 동작타이밍도로서, (A)는 시스템의 동기를 제어하는 타이머 인터럽트(Time Interrupt)신호의 주기이고, (B)는 제1신호처리회로(21)가 인에이블상태가 되어 공용메모리(20)를 사용하는 주기이고, (C)는 제1신호처리회로(21)에서 발생되는 제1인터럽트신호(INT12)의 주기이고, (D)는 제2신호처리회로(22)가 인에이블상태가 되어 공용메모리(20)를 사용하는 주기이고, (E)는 제2신호처리회로(22)에서 발생되는 제2및 제3인터럽트신호(INT23, INT24)와 제4신호처리회로(24)에서 발생되는 제5인터럽트신호(INT42)의 주기이고, (F)는 제3신호처리회로(23)가 인에이블상태가 되어 공용 메모리(20)를 사용하는 주기이고, (G)도는 제3신호처리회로(23)에서 제1신호처리회로(21)로 발생되는 제4인터럽트신호(INT31)의 주기이다.

제4도는 제2신호처리회로(22)에서 공유메모리(20)로 데이터를 저장하고 읽기 위한 주기를 나타낸 타이밍도로서, (A)는 제1신호처리회로(21)에서 제2신호처리회로(22)로 발생되는 제1인터럽트신호(INT12)의 주기이고, (B)는 제2신호처리회로(22)에서 공유메모리(20)를 사용하는 주기를 나타낸 것이다.

그러면 제2도의 동작을 제3도 및 제4도를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

제1신호처리회로(21)는 매크로 블럭단위로 공유메모리(20)내의 예측영상신호용 메모리(28)를 이용하여 이동보상 예측을 한다. 즉, 제1도의 제어용 스위치(3)및 감산기(2), 이동보상예측부(1), 부호화모드 판정부(4)에서 처리되는 기능을 디지탈신호 처리방식에 의하여 처리하고 처리에 의한 결과데이터는 공용메모리(20)의 해당영역에 저장한다. 또한 제3신호처리회로(23)에 구해진 출력과 이동보상예측 결과(116)를 가산기(12)를 통해서 예측메모리부(11)에 저장하는 역할도 한다. 그러나 메크로 블럭의 정보인 루프필터 동작여부, 이동보상적응여부 등의 부가정보는 버퍼(25)로 직접전송한다.

여기서 제1신호처리회로(21)는 제3신호처리회로(23)에서 출력되는 제4인터럽트신호(INT31)에 의하여 동작에 영향을 받으나 발생되는 제1인터럽트신호(INT12)는 제3도의 (A)와 같은 주기로 인가되는 타이머인터럽트에 의하여 일정한 간격으로 발생한다. 따라서 제3도의 (A)와 같이 인가되는 타이머인터럽트에 의하여 제3도의 (B)와 같이 공용메모리(20)를 사용하여 예측오차와 매크로 블럭정보를 구한 후에 제1인터럽트신호(INT12)를 발생시킨다.

제2신호처리회로(22)는 제1신호처리회로(21)에서 제3도의 (C)와 같이 제22인터럽트신호(INT12)가 발생되면, 제1신호처리회로(21)에서 구해진 예측 영상신호(제1도의 감산기(3)에서 출력되는 신호 또는 인가되는 입력영상신호)를 제3도의 (D)와 같이 공용메모리(20)로 부터 읽어와 제1도의 이산여현변환기(5)및 양자화부(6)에서와 같이 순방향이산여현변환과 양자화처리를 실행한다. 이 때 제4도의 (A)와 (B)에 도시된 바와 같이 제1신호처리회로(21)로 부터 제1인터럽트신호(INT12)가 제4도의 (A)와 같이 발생되면, (a)구간에서 처리한 데이터를 외부 메모리(도시되지 않음)로 기록하는 부분이고, (b)구간은 처리할 데이터를 공용 메모리(20)로 부터 읽어오는 부분이다.

제3신호처리회로(23)는 제2신호처리회로(22)로 부터 제3도의 (E)와 같이 제2인터럽트신호(INT23)가 발생되면, 제3도의 (F)와 같이 공용메모리(20)에 저장되어 있는 처리데이터와 정보를 제3도의 (F)와 같이 읽어와 역양자화 및 경이산여현변환처리를 하여 공용메모리(20)에 저장한다. 그리고 신호처리과정이 완료되면, 제3도의 (G)와 같이 제4인터럽트신호(INT31)를 제1신호처리회로(21)로 발생한다.

한편 제4신호처리회로(24)는 제2신호처리회로(22)에서 출력되는 제3인터럽트신호(INT24)가 인가되면, 구해진 변환계수와 제1신호처리회로(21)에서 구해진 매크로 블럭정보를 다중화하는 역할을 수행하고, 채널의 용량에 맞도록 데이터 비트열(Bitstream)을 채널(도시회지 않은 출력채널)에 전송하고 발생한 비트양에 따라 제2신호처리회로(22)와 제3신호처리회(23)의 양자화와 역양자화의 레벨을 제어하는 신호를 제5인터럽트 신호(INTa42)를 통해서 전달한다.

즉, 제4신호처리회로(24)는 제2신호처리회로(22)로 제3도의 (E)와 같이 제5인터럽트신호(INT42)가 발생됨과 동시에 양자화 파라미터만큼의 인터럽트신호를 발생시킨다. 이 때 출력되는 양자화 파라미터는 전 매크로블럭의 전송량에 따라 결정된 데이터이다. 이와 같이 제2, 3, 5인터럽트신호(INT23, INT24, INT42)는 동시에 발생된다.

버퍼(25)는 제2신호처리회로(22)에서 출력되는 데이터 및 제어신호는 제4신호처리회로(24)로 일정한 속도로 선임선출한다. 이로 인하여 버퍼(25)는 제1~3신호처리회로(21~23)에서의 처리와 제4신호처리회로(24)에서의 처리를 분치처리되도록 한다.

또한 제4신호처리회로(24)는 부호화되어 출력되는 영상신호를 출력단의 채널(도시되지 않음)을 통해 출력시 전송되지 못한 일부 데이터를 메모리(RAM6, 31)를 이용하여 저장한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 동영상 부호화장치에 있어서 데이타 및 제어신호를 저장하는 메모리와 메모리로 데이터를 기록 또는 읽기 위해 사용되는 데이터버스 및 어드레스버스를 공통으로 사용하여 구조가 간단해지는 잇점이 있고, 또한, 디지탈신호처리회로를 이용하여 각각의 기능을 수행하고 각 기능별로 구분된 디지탈신호처리회로간에는 인터럽트신호를 이용하여 제어함으로서 버스의 충돌로 인한 데이터손실을 막기 위하여 버스조절기를 사용할 필요가 없는 잇점이 있다.

또한, 본 발명에 있어서는 선임선출버퍼를 이용하여 입력된 영상신호에 대한 양자화처리 및 이동보상처리에 의한 결과데이터와 결과데이터에 대한 가변장부호화처리를 분리처리하여 가변길이 부호화하는 디지탈 신호처리회로의 처리속도의 의한 영향을 제거할 수 있는 효과가 있고, 가변장부호화처리를 위한 디지탈신호처리회로의 경우에는 전용의 메모리를 가지고 있어서 전송되지 못한 발생비트들을 저장할 수 있다.

또한 제1신호처리회로는 타이머인터럽트를 사용하여 일정한 간격으로 신호처리되도록 수행기간을 제어함으로써 불의의 사태로 인한 오동작을 방지할 수 있다.

Claims

소정의 블럭단위로 인가되는 영상신호의 이동보상을 위한 예측처리로 발생되는 부가정보와 데이터를 출력하고, 제1인터럽트신호를 발생하기 위한 제1신호처리회로; 상기 제1인터럽트신호가 인가되면, 상기 제1신호처리회로에서 예측처리된 데이터를 순방향 이산여현변환 및 양자화처리를 하여 출력하고, 제2및 제3인터럽트신호를 발생하기 위한 제2신호처리회로; 상기 제2인터럽트신호가 인가되면, 상기 제2신호처리회로에서 양자화처리된 데이터를 역양자화 및 역이산여현변환과정처리를 하여 출력하고, 상기 제1신호처리회로로 제4인터럽트신호를 발생하기 위한 제3신호처리회로; 상기 제3인터럽트신호가 인가되면, 상기 제2신호처리회로에서 출력되는 데이터와 상기 제1신호처리회로에서 출현되는 상기 부가정보를 가변길이 부호화하고, 일정한 속도로 전송할 수 있도록 신호처리를 하여 출력하고, 상기 제2신호처리회로로 제5인터럽트신호를 발생하기 위한 제4신호처리회로; 상기 제1신호처리회로 및 제2신호처리회로에서 출력되는 데이터와 상기 제4신호처리회로에서 처리되는 데이터가 분리되어 처리되도록 상기 제1및 제2신호처리회로와 상기 제4신호처리회로간의 데이터전송을 제어하는 버퍼; 상기 제1신호처리회로 및 제2신호처리회로에서 처리된 데이터를 기록하고, 상기 제1내지 3신호처리회로에서 요구시 출력하는 공용메모리를 포함함을 특징으로 하는 동영상부호화장치.
제1항에 있어서, 상기 공용메모리는 상기 제1신호처리회로 및 제2신호처리회로와 제3신호처리회로로부터 출력된 데이터의 성분별로 별도의 메모리를 구비함을 특징으로 하는 동영상 부호화장치.
제1항에 있어서, 상기 제1내지 제4신호처리회로는 디지탈신호처리회로로 이루어짐을 특징으로 하는 동영상 부호화장치.
제1항에 있어서, 상기 버퍼는 상기 제2신호처리회로에서 출력되는 데이터와 상기 제1신호처리회로에서 출력되는 상기 부가정보를 선입선출방식에 의하여 상기 제4신호처리회로으로 전송함을 특징으로 하는 동영상부호화장치.
제1항에 있어서, 상기 제4신호처리회로는 제2신호처리회로로 전송하는 상기 소정의 제어신호를 상기 제5인터럽트신호와 함께 전송함을 특징으로 하는 동영상부호화장치.
제5항에 있어서, 상기 제4신호처리회로의 상기 소정의 제어신호는 상기 제2신호처리회로에서 처리되는 양자화와 상기 제3신호처리회로에서 처리되는 역양자화를 위한 양자화레벧값을 포함함을 특징으로 하는 동영상부호화장치.
제5항에 있어서, 상기 제4신호처리회로에서 제공하는 양자화레벧값은 이전의 상기 소정 블럭단위에 대한 데이터전송량에 따라 결정됨을 특징으로 하는 동영상 부호화장치.
제5항에 있어서, 상기 제4신호처리회로는 상기 제5인터럽트 발생후 소정횟수의 인트럽트발생에 의하여 상기 양자화 및 역양자화의 레벧을 제어함을 특징으로 하는 동영상 부호화장치.
제1항에 있어서, 상기 동영상 부호화장치는 상기 제4신호처리회로에서 처리된 데이터중 출력되지 못한 소정의 데이터를 저장할 수 있는 메모리를 더 포함함을 특징으로 하는 동영상부호화장치.
제1항에 있어서, 상기 제2 및 제3, 4인터럽트신호는 동일한 시점에서 발생됨을 특징으로 하는 동영상 부호화장치.
제1항에 있어서, 상기 소정의 블럭단위는 매크로 블럭으로 이루어짐을 특징으로 하는 동영상부호화장치.
제1항에 있어서, 상기 제4신호처리회로는 상기 버퍼를 통해 인가되는 제2신호처리회로에서 출력된 양자화된 이산여현변환 계수값과 상기 제1신호처리회로에서 출력된 상기 부가정보를 다중화하여 가변장부호화함을 특징으로 하는 동영상 부호화장치.
제1항에 있어서, 상기 제1신호처리회로는 타이머 인터럽트방식에 의하여 일정한 시간간격으로 상기 제1인터럽트신호를 발생함을 특징으로 하는 동영상부호화장치.
제1항에 있어서, 상기 공용 메모리는 상기 동영상부호화장치의 외부에 장착됨을 특징으로 하는 동영상부호화장치.